Таблица функции различных органов и частей клетки: Таблица по биологии "Строение и функции органоидов клетки" скачать - Управленческое образование

Содержание

Клеточное строение организма — Сонина, Сапина 8 класс (ответы)

16. Запишите определение.

Органоиды клетки — это постоянные клеточные структуры, выполняющие определенные функции.

17. Расмотрите рисунок, изображающий строение животной клетки. Подпишите названия органоидов и частей клетки.

1. Плазматическая мембрана.

2. Лизосомы.

3. Митохондрии.

4. Центриолы.

5. Ядро.

6. Рибосомы.

7. Эндоплазматическая сеть.

8. Цитоплазма.

18. Заполните таблицу.

ОРГАНОИДЫ КЛЕТКИ
Органоид Особенности строения Функции
цитоплазма внутренняя полужидкая среда мелозернистой структуры. Содержит ядро и органоиды обеспечивает взаимодейсвие ядра и органоидов, выполняет транспортную функцию, регулирует скорость биохимических процессов
рибосомы мелкие тельца диаметров 15-20 мм, состоящие из 2 суб. единиц осуществляет синтез белковых молекул, их сборку из аминокислот
комплекс Гольджи иммет различные формы и состоит из ограниченных мембранами полостей накапливает и выводит органические вещества, синтезируемые в эндоплазматической сети и образует лизосомы
лизосомы диаметр 4 мм, на поверхности имеют мембрану, внутри которой находится комплекс ферментов выполняют пищеварительную функцию
митохондрии внушний покров состоит из 2 мембран: наружной и внутренней окисление органических соединений, обеспечивает клетку энергией

ОРГАНОИДЫ КЛЕТКИ
Органоид	Особенности строения	Функции
цитоплазма	внутренняя полужидкая среда мелозернистой структуры. Содержит ядро и органоиды	обеспечивает взаимодейсвие ядра и органоидов, выполняет транспортную функцию, регулирует скорость биохимических процессов
рибосомы	мелкие тельца диаметров 15-20 мм, состоящие из 2 суб. единиц	осуществляет синтез белковых молекул, их сборку из аминокислот
комплекс Гольджи	иммет различные формы и состоит из ограниченных мембранами полостей	накапливает и выводит органические вещества, синтезируемые в эндоплазматической сети и образует лизосомы
лизосомы	диаметр 4 мм, на поверхности имеют мембрану, внутри которой находится комплекс ферментов	выполняют пищеварительную функцию
митохондрии	внушний покров состоит из 2 мембран: наружной и внутренней	окисление органических соединений, обеспечивает клетку энергией

19. Какие функции выполняет наружная клеточная мембрана?

Отделяет содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивая её целостность; регулируют обмен между клеткой и средой; внутриклеточные мембраны разделяют клетку на специализированные замкнутые отсеки — компартменты или органеллы, в которых поддерживаются определённые условия среды.

20. Выполните лабораторную работу «Строение клетки».

1. Рассмотрите выданный вам готовый препарат при увеличении в 300 раз.

2. Найдите на препарате хорошо различимую клетку и зарисуйте ее.

3. Подпишите на рисунке основные части клетки.

4. Определите, делится эта клетка или находится в состоянии между делениями. Поясните, почему вы так решили.

Данная клетка находится в состоянии деления, это видно по риснку.

Функции органоидов клетки

☰

Клетка, особенно эукариотическая, представляет собой сложную открытую систему. Части этой системы, выполняя разные функции, обеспечивают ее целостность. Функциональность органоидов взаимосвязана и направлена на поддержание целостности клетки, сопротивление разрушающему воздействию окружающей среды, развитие клетки, ее деление.

Ниже в форме таблицы приведены функции основных органоидов клетки эукариот. У прокариот нет ядра и мембранных органоидов. Функции последних выполняют впячивания цитоплазматической мембраны, на которых располагаются ферменты. По ссылкам можно получить более подробную информацию о строении и функциях клеточных органелл.

Функции ядра (Строение ядра клетки):

Управление биохимическими процессами в клетке, за счет экспрессии определенных генов
Удвоение генетической информации перед делением
Синтез РНК, сборка субъединиц рибосом

Гиалоплазма (цитоплазма без органоидов и включений):

Среда для протекания многих биохимических реакций
Движение гиалоплазмы обеспечивает перемещение органоидов и веществ

Объединяет части клетки в единое целое

Клеточная мембрана — цитоплазматическая мембрана (Строение клеточной мембраны, Функции клеточной мембраны):

Барьерная функция – отделяет внутреннее содержимое клетки от внешней среды
Транспортная функция; обеспечивает в том числе избирательный транспорт веществ
Ферментативная функция, которую выполняют многие белковые молекулы и комплексы, погруженные в мембрану
Рецепторная функция
Фаго- и пиноцитоз (у ряда клеток)

Функции клеточной стенки (Строение и функции клеточной стенки):

Каркасная функция
Препятствие растяжению и разрыву
Определяет форму клеток
Транспортная функция: клеточная стенка формирует сосуды ксилемы, трахеид, ситовидных трубок
Оболочки всех клеток обеспечивают растению опору, играют своего рода роль скелета

Иногда место запаса питательных веществ

Рибосомы (Строение и функции рибосом):

Синтез полипептидных цепей за счет обеспечения связи между молекулами мРНК, тРНК и др., которые занимают в рибосоме «свои» места.

Митохондрии (Строение митохондрии, Функции митохондрий):

Энергетическая станция клетки — синтез молекул АТФ за счет окислительно-восстановительных реакций; при этом потребляется кислород и выделяется углекислый газ.

Хлоропласты (Строение хлоропласта):

Фотосинтез — синтез органических веществ из неорганических с использованием световой энергии. При этом поглощается углекислый газ и выделяется кислород.

Эндоплазматическая сеть (Строение и функции эндоплазматической сети):

Мембрана ЭПС — место крепления существенной часть рибосом, синтезирующих полипептиды; после синтеза белок оказывается в каналах ЭПС, где происходит его созревание.

В каналах ЭПС происходит синтез липидов и углеводов
Транспорт веществ в комплекс Гольджи

Аппарат Гольджи (Строение и функции комплекса Гольджи):

«Дозревание» (модификация) синтезированных в клетке веществ
Выведение их за пределы клетки
Построение клеточной мембраны
Образование лизосом

Лизосомы (Строение и функции лизосомы):

Расщепление поступивших в клетку питательных веществ
Разрушение ненужных клетке органоидов
Автолиз (саморазрушение) клетки

Функции пероксисом:

Разложение ядовитого для клеток пероксида водорода на кислород и воду.

Функции клеточного центра (Строение клеточного центра):

Образование веретена деления при митозе и мейозе

Образование микротрубочек, базальных телец жгутиков и ресничек

Клетка как биологическая система (соответствие) | ЕГЭ по биологии

Строение клетки. Взаимосвязь строения и функций частей и органоидов клетки — основа ее целостности

Строение клетки

Строение прокариотических и эукариотических клеток

Основными структурными компонентами клеток являются плазматическая мембрана, цитоплазма и наследственный аппарат. В зависимости от особенностей организации различают два основных типа клеток: прокариотические и эукариотические. Главным отличием прокариотических клеток от эукариотических является организация их наследственного аппарата: у прокариот он находится непосредственно в цитоплазме (эта область цитоплазмы называется нуклеоидом) и не отделен от нее мембранными структурами, тогда как у эукариот бульшая часть ДНК сосредоточена в ядре, окруженном двойной мембраной. Кроме того, генетическая информация прокариотических клеток, находящаяся в нуклеоиде, записана в кольцевой молекуле ДНК, а у эукариот молекулы ДНК незамкнутые.

В отличие от эукариот, цитоплазма прокариотических клеток содержит также небольшое количество органоидов, тогда как для эукариотических характерно значительное разнообразие этих структур.

Строение и функции биологических мембран

Строение биомембраны. Мембраны, ограничивающие клетки и мембранные органоиды эукариотических клеток, имеют общий химический состав и строение. В их состав входят липиды, белки и углеводы. Липиды мембраны представлены в основном фосфолипидами и холестерином. Большинство белков мембран относится к сложным белкам, например гликопротеинам. Углеводы не встречаются в мембране самостоятельно, они связаны с белками и липидами. Толщина мембран составляет 7–10 нм.

Согласно общепринятой в настоящее время жидкостно-мозаичной модели строения мембран, липиды образуют двойной слой, или липидный бислой, в котором гидрофильные «головки» молекул липидов обращены наружу, а гидрофобные «хвосты» спрятаны вовнутрь мембраны. Эти «хвосты» благодаря своей гидрофобности обеспечивают разделение водных фаз внутренней среды клетки и ее окружения. С липидами с помощью различных типов взаимодействия связаны белки. Часть белков расположена на поверхности мембраны. Такие белки называют

периферическими, или поверхностными. Другие белки частично или полностью погружены в мембрану — это интегральные, или погруженные белки. Белки мембран выполняют структурную, транспортную, каталитическую, рецепторную и другие функции.

Мембраны не похожи на кристаллы, их компоненты постоянно находятся в движении, вследствие чего между молекулами липидов возникают разрывы — поры, через которые в клетку могут попадать или покидать ее различные вещества.

Биологические мембраны различаются по расположению в клетке, химическому составу и выполняемым функциям. Основные типы мембран — плазматическая и внутренние. Плазматическая мембрана содержит около 45 % липидов (в т. ч. гликолипидов), 50 % белков и 5 % углеводов. Цепочки углеводов, входящих в состав сложных белков-гликопротеинов и сложных липидов-гликолипидов, выступают над поверхностью мембраны. Гликопротеины плазмалеммы чрезвычайно специфичны. Так, например, по ним происходит взаимное узнавание клеток, в том числе сперматозоида и яйцеклетки.

На поверхности животных клеток углеводные цепочки образуют тонкий поверхностный слой — гликокаликс. Он выявлен почти во всех животных клетках, но степень его выраженности неодинакова (10–50 мкм). Гликокаликс обеспечивает непосредственную связь клетки с внешней средой, в нем происходит внеклеточное пищеварение; в гликокаликсе размещены рецепторы. Клетки бактерий, растений и грибов, помимо плазмалеммы, окружены еще и клеточными оболочками.

Внутренние мембраны эукариотических клеток разграничивают различные части клетки, образуя своеобразные «отсеки» — компартменты, что способствует разделению различных процессов обмена веществ и энергии. Они могут различаться по химическому составу и выполняемым функциям, но общий план строения у них сохраняется.

Функции мембран:

Ограничивающая. Заключается в том, что они отделяют внутреннее пространство клетки от внешней среды. Мембрана является полупроницаемой, то есть ее свободно преодолевают только те вещества, которые необходимы клетке, при этом существуют механизмы транспорта необходимых веществ.
Рецепторная. Связана в первую очередь с восприятием сигналов окружающей среды и передачей этой информации внутрь клетки. За эту функцию отвечают специальные белки-рецепторы. Мембранные белки отвечают еще и за клеточное узнавание по принципу «свой-чужой», а также за образование межклеточных соединений, наиболее изученными из которых являются синапсы нервных клеток.
Каталитическая. На мембранах расположены многочисленные ферментные комплексы, вследствие чего на них происходят интенсивные синтетические процессы.
Энерготрансформирующая. Связана с образованием энергии, ее запасанием в виде АТФ и расходованием.
Компартментализация. Мембраны разграничивают также пространство внутри клетки, разделяя тем самым исходные вещества реакции и ферменты, которые могут осуществлять соответствующие реакции.
Образование межклеточных контактов. Несмотря на то, что толщина мембраны настолько мала, что ее невозможно различить невооруженным глазом, она, с одной стороны, служит достаточно надежным барьером для ионов и молекул, в особенности водорастворимых, а с другой — обеспечивает их перенос в клетку и наружу.
Транспортная.

Мембранный транспорт. В связи с тем, что клетки как элементарные биологические системы являются открытыми системами, для обеспечения обмена веществ и энергии, поддержания гомеостаза, роста, раздражимости и других процессов требуется перенос веществ через мембрану — мембранный транспорт. В настоящее время транспорт веществ через мембрану клетки делят на активный, пассивный, эндо- и экзоцитоз.

Пассивный транспорт — это вид транспорта, который происходит без затраты энергии от большей концентрации к меньшей. Растворимые в липидах небольшие неполярные молекулы (О₂, СО₂) легко проникают в клетку путем простой диффузии. Нерастворимые же в липидах, в том числе заряженные небольшие частицы, подхватываются белкамипереносчиками или проходят через специальные каналы (глюкоза, аминокислоты, К⁺, PO₄^3-). Такой вид пассивного транспорта называется облегченной диффузией. Вода поступает в клетку через поры в липидной фазе, а также по специальным каналам, выстланным белками. Транспорт воды через мембрану называется осмосом.

Осмос имеет чрезвычайно важное значение в жизни клетки, так как если ее поместить в раствор с более высокой концентрацией солей, чем в клеточном растворе, то вода начнет выходить из клетки, и объем живого содержимого начнет уменьшаться. У животных клеток происходит съеживание клетки в целом, а у растительных — отставание цитоплазмы от клеточной стенки, которое называется плазмолизом. При помещении клетки в менее концентрированный, чем цитоплазма, раствор, транспорт воды происходит в обратном направлении — в клетку. Однако существуют пределы растяжимости цитоплазматической мембраны, и животная клетка в конце концов разрывается, а у растительной этого не позволяет сделать прочная клеточная стенка. Явление заполнения клеточным содержимым всего внутреннего пространства клетки называется деплазмолизом. Внутриклеточную концентрацию солей следует учитывать при приготовлении лекарственных препаратов, особенно для внутривенного введения, так как это может приводить к повреждению клеток крови (для этого используют физиологический раствор с концентрацией 0,9 % хлорида натрия). Это не менее важно при культивировании клеток и тканей, а также органов животных и растений.

Активный транспорт протекает с затратой энергии АТФ от меньшей концентрации вещества к большей. Он осуществляется с помощью специальных белков-насосов. Белки перекачивают через мембрану ионы К⁺, Na⁺, Са²⁺ и другие, что способствует транспорту важнейших органических веществ, а также возникновению нервных импульсов и т. д.

Эндоцитоз — это активный процесс поглощения веществ клеткой, при котором мембрана образует впячивания, а затем формирует мембранные пузырьки — фагосомы, в которых заключены поглощаемые объекты. Затем с фагосомой сливается первичная лизосома, и образуется вторичная лизосома, или фаголизосома, или пищеварительная вакуоль. Содержимое пузырька расщепляется ферментами лизосом, а продукты расщепления поглощаются и усваиваются клеткой. Непереваренные остатки удаляются из клетки путем экзоцитоза. Различают два основных вида эндоцитоза: фагоцитоз и пиноцитоз.

Фагоцитоз — это процесс захвата клеточной поверхностью и поглощения клеткой твердых частиц, а пиноцитоз — жидкости. Фагоцитоз протекает в основном в животных клетках (одноклеточные животные, лейкоциты человека), он обеспечивает их питание, а часто и защиту организма . Путем пиноцитоза происходит поглощение белков, комплексов антиген-антитела в процессе иммунных реакций и т. д. Однако путем пиноцитоза или фагоцитоза в клетку также попадают многие вирусы. В клетках растений и грибов фагоцитоз практически невозможен, так как они окружены прочными клеточными оболочками.

Экзоцитоз — процесс, обратный эндоцитозу. Таким образом выделяются непереваренные остатки пищи из пищеварительных вакуолей, выводятся необходимые для жизнедеятельности клетки и организма в целом вещества. Например, передача нервных импульсов происходит благодаря выделению посылающим импульс нейроном химических посредников — медиаторов, а в растительных клетках так выделяются вспомогательные углеводы клеточной оболочки.

Клеточные оболочки клеток растений, грибов и бактерий. Снаружи от мембраны клетка может выделять прочный каркас — клеточную оболочку, или клеточную стенку.

У растений основу клеточной оболочки составляет целлюлоза, упакованная в пучки по 50–100 молекул. Промежутки между ними заполняют вода и другие углеводы. Оболочка растительной клетки пронизана канальцами — плазмодесмами, через которые проходят мембраны эндоплазматической сети. По плазмодесмам осуществляется транспорт веществ между клетками. Однако транспорт веществ, например воды, может происходить и по самим клеточным стенкам. Со временем в клеточной оболочке растений накапливаются различные вещества, в том числе дубильные или жироподобные, что приводит к одревеснению или опробковению самой клеточной стенки, вытеснению воды и отмиранию клеточного содержимого. Между клеточными стенками соседних клеток растений располагаются желеобразные прокладки — срединные пластинки, которые скрепляют их между собой и цементируют тело растения в целом. Они разрушаются только в процессе созревания плодов и при опадании листьев.

Клеточные стенки клеток грибов образованы хитином — углеводом, содержащим азот. Они достаточно прочны и являются внешним скелетом клетки, но все же, как и у растений, препятствуют фагоцитозу.

У бактерий в состав клеточной стенки входит углевод с фрагментами пептидов — муреин, однако его содержание существенно различается у разных групп бактерий. Поверх от клеточной стенки могут выделяться также иные полисахариды, образующие слизистую капсулу, защищающую бактерии от внешних воздействий.

Оболочка определяет форму клетки, служит механической опорой, выполняет защитную функцию, обеспечивает осмотические свойства клетки, ограничивая растяжение живого содержимого и предотвращая разрыв клетки, увеличивающейся вследствие поступления воды. Кроме того, клеточную стенку преодолевают вода и растворенные в ней вещества, прежде чем попасть в цитоплазму или, наоборот, при выходе из нее, при этом по клеточным стенкам вода транспортируется быстрее, чем по цитоплазме.

Цитоплазма

Цитоплазма — это внутреннее содержимое клетки. В нее погружены все органоиды клетки, ядро и разнообразные продукты жизнедеятельности.

Цитоплазма связывает все части клетки между собой, в ней протекают многочисленные реакции обмена веществ. Цитоплазма отделяется от окружающей среды и делится на отсеки мембранами, то есть клеткам присуще мембранное строение. Она может находиться в двух состояниях — золя и геля. Золь — это полужидкое, киселеобразное состояние цитоплазмы, при котором процессы жизнедеятельности протекают наиболее интенсивно, а гель — более плотное, студнеобразное состояние, затрудняющее протекание химических реакций и транспорт веществ.

Жидкая часть цитоплазмы без органоидов называется гиалоплазмой. Гиалоплазма, или цитозоль, представляет собой коллоидный раствор, в котором находится своеобразная взвесь достаточно крупных частиц, например белков, окруженных диполями молекул воды. Осаждения этой взвеси не происходит вследствие того, что они имеют одинаковый заряд и отталкиваются друг от друга.

Органоиды

Органоиды — это постоянные компоненты клетки, выполняющие определенные функции.

В зависимости от особенностей строения их делят на мембранные и немембранные. Мембранные органоиды, в свою очередь, относят к одномембранным (эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи и лизосомы) или двумембранным (митохондрии, пластиды и ядро). Немембранными органоидами являются рибосомы, микротрубочки, микрофиламенты и клеточный центр. Прокариотам из перечисленных органоидов присущи только рибосомы.

Строение и функции ядра. Ядро — крупный двумембранный органоид, лежащий в центре клетки или на ее периферии. Размеры ядра могут колебаться в пределах 3–35 мкм. Форма ядра чаще сферическая или эллипсоидная, однако имеются также палочковидные, веретеновидные, бобовидные, лопастные и даже сегментированные ядра. Некоторые исследователи считают, что форма ядра соответствует форме самой клетки.

Большинство клеток имеет одно ядро, но, например, в клетках печени и сердца их может быть два, а в ряде нейронов — до 15. Волокна скелетных мышц содержат обычно много ядер, однако они не являются клетками в полном смысле этого слова, поскольку образуются в результате слияния нескольких клеток.

Ядро окружено ядерной оболочкой, а его внутреннее пространство заполнено ядерным соком, или нуклеоплазмой (кариоплазмой), в которую погружены хроматин и ядрышко. Ядро выполняет такие важнейшие функции, как хранение и передача наследственной информации, а также контроль жизнедеятельности клетки.

Роль ядра в передаче наследственной информации была убедительно доказана в экспериментах с зеленой водорослью ацетабулярией. В единственной гигантской клетке, достигающей в длину 5 см, различают шляпку, ножку и ризоид. При этом она содержит только одно ядро, расположенное в ризоиде. В 1930-е годы И. Хеммерлинг пересадил ядро одного вида ацетабулярии с зеленой окраской в ризоид другого вида, с коричневой окраской, у которого ядро было удалено. Через некоторое время у растения с пересаженным ядром выросла новая шляпка, как у водоросли- донора ядра. В то же время отделенные от ризоида шляпка или ножка, не содержащие ядра, через некоторое время погибали.

Ядерная оболочка образована двумя мембранами — наружной и внутренней, между которыми есть пространство. Межмембранное пространство сообщается с полостью шероховатой эндоплазматической сети, а наружная мембрана ядра может нести рибосомы. Ядерная оболочка пронизана многочисленными порами, окантованными специальными белками. Через поры происходит транспорт веществ: в ядро попадают необходимые белки (в т. ч. ферменты), ионы, нуклеотиды и другие вещества, и покидают его молекулы РНК, отработанные белки, субъ единицы рибосом. Таким образом, функциями ядерной оболочки являются отделение содержимого ядра от цитоплазмы, а также регуляция обмена веществ между ядром и цитоплазмой.

Нуклеоплазмой называют содержимое ядра, в которое погружены хроматин и ядрышко. Она представляет собой коллоидный раствор, по химическому составу напоминающий цитоплазму. Ферменты нуклеоплазмы катализируют обмен аминокислот, нуклеотидов, белков и др. Нуклеоплазма связана с гиалоплазмой через ядерные поры. Функции нуклеоплазмы, как и гиалоплазмы, состоят в обеспечении взаимосвязи всех структурных компонентов ядра и осуществлении ряда ферментных реакций.

Хроматином называют совокупность тонких нитей и гранул, погруженных в нуклеоплазму. Выявить его можно только при окрашивании, так как коэффициенты преломления хроматина и нуклеоплазмы приблизительно одинаковы. Нитчатый компонент хроматина называют эухроматином, а гранулярный — гетерохроматином. Эухроматин слабо уплотнен, поскольку с него считывается наследственная информация, тогда как более спирализованный гетерохроматин является генетически неактивным.

Хроматин представляет собой структурное видоизменение хромосом в неделящемся ядре. Таким образом, хромосомы постоянно присутствуют в ядре, изменяется лишь их состояние в зависимости от функции, которую ядро выполняет в данный момент.

В состав хроматина в основном входят белки-нуклеопротеины (дезоксирибонуклеопротеины и рибонуклеопротеины), а также ферменты, важнейшие из которых связаны с синтезом нуклеиновых кислот, и некоторые другие вещества.

Функции хроматина состоят, во-первых, в синтезе специфических для данного организма нуклеиновых кислот, которые направляют синтез специфических белков, во-вторых, в передаче наследственных свойств от материнской клетки дочерним, для чего хроматиновые нити в процессе деления упаковываются в хромосомы.

Ядрышко — сферическое, хорошо заметное под микроскопом тельце диаметром 1–3 мкм. Оно формируется на участках хроматина, в которых закодирована информация о структуре рРНК и белках рибосом. Ядрышко в ядре часто одно, однако в тех клетках, где происходят интенсивные процессы жизнедеятельности, ядрышек может быть два и более. Функции ядрышек — синтез рРНК и сборка субъединиц рибосом путем объединения рРНК с белками, поступающими из цитоплазмы.

Митохондрии — двумембранные органоиды округлой, овальной или палочковидной формы, хотя встречаются и спиралевидные (в сперматозоидах). Диаметр митохондрий составляет до 1 мкм, а длина — до 7 мкм. Пространство внутри митохондрий заполнено матриксом. Матрикс — это основное вещество митохондрий. В него погружены кольцевая молекула ДНК и рибосомы. Наружная мембрана митохондрий гладкая, она непроницаема для многих веществ. Внутренняя мембрана имеет выросты — кристы, увеличивающие площадь поверхности мембран для протекания химических реакций. На поверхности мембраны расположены многочисленные белковые комплексы, составляющие так называемую дыхательную цепь, а также грибовидные ферменты АТФ-синтетазы. В митохондриях протекает аэробный этап дыхания, в ходе которого происходит синтез АТФ.

Пластиды — крупные двумембранные органоиды, характерные только для растительных клеток. Внутреннее пространство пластид заполнено стромой, или матриксом. В строме находится более или менее развитая система мембранных пузырьков — тилакоидов, которые собраны в стопки — граны, а также собственная кольцевая молекула ДНК и рибосомы. Различают четыре основных типа пластид: хлоропласты, хромопласты, лейкопласты и пропластиды.

Хлоропласты — это зеленые пластиды диаметром 3–10 мкм, хорошо различимые под микроскопом. Они содержатся только в зеленых частях растений — листьях, молодых стеблях, цветках и плодах. Хлоропласты в основном имеют овальную или эллипсоидную формы, но могут быть также чашевидными, спиралевидными и даже лопастными. Количество хлоропластов в клетке в среднем составляет от 10 до 100 штук. Однако, например, у некоторых водорослей он может быть один, иметь значительные размеры и сложную форму — тогда его называют хроматофором. В других случаях количество хлоропластов может достигать нескольких сотен, при этом их размеры невелики. Окраска хлоропластов обусловлена основным пигментом фотосинтеза — хлорофиллом, хотя в них содержатся и дополнительные пигменты — каротиноиды. Каротиноиды становятся заметными только осенью, когда хлорофилл в стареющих листьях разрушается. Основной функцией хлоропластов является фотосинтез. Световые реакции фотосинтеза протекают на мембранах тилакоидов, на которых закреплены молекулы хлорофилла, а темновые реакции — в строме, где содержатся многочисленные ферменты.

Хромопласты — это желтые, оранжевые и красные пластиды, содержащие пигменты каротиноиды. Форма хромопластов может также существенно варьировать: они бывают трубчатыми, сферическими, кристаллическими и др. Хромопласты придают окраску цветкам и плодам растений, привлекая опылителей и распространителей семян и плодов.

Лейкопласты — это белые или бесцветные пластиды в основном округлой или овальной формы. Они распространены в нефотосинтезирующих частях растений, например в кожице листа, клубнях картофеля и т. д. В них откладываются в запас питательные вещества, чаще всего крахмал, но у некоторых растений это могут быть белки или масло.

Пластиды образуются в растительных клетках из пропластид, которые имеются уже в клетках образовательной ткани и представляют собой небольшие двумембранные тельца. На ранних этапах развития разные виды пластид способны превращаться друг в друга: при попадании на свет лейкопласты клубня картофеля и хромопласты корнеплода моркови зеленеют.

Пластиды и митохондрии называют полуавтономными органоидами клетки, так как они имеют собственные молекулы ДНК и рибосомы, осуществляют синтез белка и делятся независимо от деления клеток. Эти особенности объясняются происхождением от одноклеточных прокариотических организмов. Однако «самостоятельность » митохондрий и пластид является ограниченной, так как их ДНК содержит слишком мало генов для свободного существования, остальная же информация закодирована в хромосомах ядра, что позволяет ему контролировать данные органоиды.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС), или эндоплазматический ретикулум (ЭР), — это одномембранный органоид, представляющий собой сеть мембранных полостей и канальцев, занимающих до 30 % содержимого цитоплазмы. Диаметр канальцев ЭПС составляет около 25–30 нм. Различают два вида ЭПС — шероховатую и гладкую. Шероховатая ЭПС несет рибосомы, на ней происходит синтез белков. Гладкая ЭПС лишена рибосом. Ее функция — синтез липидов и углеводов, а также транспорт, запасание и обезвреживание токсических веществ. Она особенно развита в тех клетках, где происходят интенсивные процессы обмена веществ, например в клетках печени — гепатоцитах — и волокнах скелетных мышц. Вещества, синтезированные в ЭПС, транспортируются в аппарат Гольджи. В ЭПС происходит также сборка мембран клетки, однако их формирование завершается в аппарате Гольджи.

Аппарат Гольджи, или комплекс Гольджи, — одномембранный органоид, образованный системой плоских цистерн, канальцев и отшнуровывающихся от них пузырьков. Структурной единицей аппарата Гольджи является диктиосома — стопка цистерн, на один полюс которой приходят вещества из ЭПС, а с противоположного полюса, подвергшись определенным превращениям, они упаковываются в пузырьки и направляются в другие части клетки. Диаметр цистерн — порядка 2 мкм, а мелких пузырьков — около 20–30 мкм. Основные функции комплекса Гольджи — синтез некоторых веществ и модификация (изменение) белков, липидов и углеводов, поступающих из ЭПС, окончательное формирование мембран, а также транспорт веществ по клетке, обновление ее структур и образование лизосом. Свое название аппарат Гольджи получил в честь итальянского ученого Камилло Гольджи, впервые обнаружившего данный органоид (1898).

Лизосомы — небольшие одномембранные органоиды до 1 мкм в диаметре, в которых содержатся гидролитические ферменты, участвующие во внутриклеточном пищеварении. Мембраны лизосом слабопроницаемы для этих ферментов, поэтому выполнение лизосомами своих функций происходит очень точно и адресно. Так, они принимают активное участие в процессе фагоцитоза, образуя пищеварительные вакуоли, а в случае голодания или повреждения определенных частей клетки переваривают их, не затрагивая иных. Недавно была открыта роль лизосом в процессах клеточной гибели.

Вакуоль — это полость в цитоплазме растительных и животных клеток, ограниченная мембраной и заполненная жидкостью. В клетках простейших обнаруживаются пищеварительные и сократительные вакуоли. Первые принимают участие в процессе фагоцитоза, так как в них происходит расщепление питательных веществ. Вторые обеспечивают поддержание водно-солевого баланса за счет осморегуляции. У многоклеточных животных в основном встречаются пищеварительные вакуоли.

В растительных клетках вакуоли присутствуют всегда, они окружены специальной мембраной и заполнены клеточным соком. Мембрана, окружающая вакуоль, по химическому составу, строению и выполняемым функциям близка к плазматической мембране. Клеточный сок представляет собой водный раствор различных неорганических и органических веществ, в том числе минеральных солей, органических кислот, углеводов, белков, гликозидов, алкалоидов и др. Вакуоль может занимать до 90 % объема клетки и оттеснять ядро на периферию. Эта часть клетки выполняет запасающую, выделительную, осмотическую, защитную, лизосомную и другие функции, поскольку в ней накапливаются питательные вещества и отходы жизнедеятельности, она обеспечивает поступление воды и поддержание формы и объема клетки, а также содержит ферменты расщепления многих компонентов клетки. К тому же биологически активные вещества вакуолей способны препятствовать поеданию этих растений многими животными. У ряда растений за счет разбухания вакуолей происходит рост клетки растяжением.

Вакуоли имеются также и в клетках некоторых грибов и бактерий, однако у грибов они выполняют только функцию осморегуляции, а у цианобактерий поддерживают плавучесть и участвуют в процессах усвоения азота из воздуха.

Рибосомы — небольшие немембранные органоиды диаметром 15–20 мкм, состоящие из двух субъединиц — большой и малой. Субъединицы рибосом эукариот собираются в ядрышке, а затем транспортируются в цитоплазму. Рибосомы прокариот, митохондрий и пластид меньше по величине, чем рибосомы эукариот. В состав субъединиц рибосом входят рРНК и белки.

Количество рибосом в клетке может достигать нескольких десятков миллионов: в цитоплазме, митохондриях и пластидах они находятся в свободном состоянии, а на шероховатой ЭПС — в связанном. Они принимают участие в синтезе белка, в частности, осуществляют процесс трансляции — биосинтеза полипептидной цепи на молекуле иРНК. На свободных рибосомах синтезируются белки гиалоплазмы, митохондрий, пластид и собственные белки рибосом, тогда как на прикрепленных к шероховатой ЭПС рибосомах осуществляется трансляция белков для выведения из клеток, сборки мембран, образования лизосом и вакуолей.

Рибосомы могут находиться в гиалоплазме поодиночке или собираться в группы при одновременном синтезе на одной иРНК сразу нескольких полипептидных цепей. Такие группы рибосом называются полирибосомами, или полисомами.

Микротрубочки — это цилиндрические полые немембранные органоиды, которые пронизывают всю цитоплазму клетки. Их диаметр составляет около 25 нм, толщина стенки — 6–8 нм. Они образованы многочисленными молекулами белка тубулина, которые сначала формируют 13 нитей, напоминающих бусы, а затем собираются в микротрубочку. Микротрубочки образуют цитоплазматическую сеть, которая придает клетке форму и объем, связывают плазматическую мембрану с другими частями клетки, обеспечивают транспорт веществ по клетке, принимают участие в движении клетки и внутриклеточных компонентов, а также в делении генетического материала. Они входят в состав клеточного центра и органоидов движения — жгутиков и ресничек.

Микрофиламенты, или микронити, также являются немембранными органоидами, однако они имеют нитевидную форму и образованы не тубулином, а актином. Они принимают участие в процессах мембранного транспорта, межклеточном узнавании, делении цитоплазмы клетки и в ее движении. В мышечных клетках взаимодействие актиновых микрофиламентов с миозиновыми нитями обеспечивает сокращение.

Микротрубочки и микрофиламенты образуют внутренний скелет клетки — цитоскелет. Он представляет собой сложную сеть волокон, обеспечивающих механическую опору для плазматической мембраны, определяет форму клетки, расположение клеточных органоидов и их перемещение в процессе деления клетки.

Клеточный центр — немембранный органоид, располагающийся в животных клетках вблизи ядра; в растительных клетках он отсутствует. Его длина составляет около 0.2–0.3 мкм, а диаметр — 0.1–0.15 мкм. Клеточный центр образован двумя центриолями, лежащими во взаимно перпендикулярных плоскостях, и лучистой сферой из микротрубочек. Каждая центриоль образована девятью группами микротрубочек, собранных по три, т. е. триплетами. Клеточный центр принимает участие в процессах сборки микротрубочек, делении наследственного материала клетки, а также в образовании жгутиков и ресничек.

Органоиды движения. Жгутики и реснички представляют собой выросты клетки, покрытые плазмалеммой. Основу этих органоидов составляют девять пар микротрубочек, расположенных по периферии, и две свободные микротрубочки в центре. Микротрубочки связаны между собой различными белками, обеспечивающими их согласованное отклонение от оси — колебание. Колебания энергозависимы, то есть на этот процесс тратится энергия макроэргических связей АТФ. Восстановление утраченных жгутиков и ресничек является функцией базальных телец, или кинетосом, расположенных в их основании.

Длина ресничек составляет около 10–15 нм, а жгутиков — 20–50 мкм. За счет строго направленных движений жгутиков и ресничек осуществляется не только движение одноклеточных животных, сперматозоидов и др., но и происходит очистка дыхательных путей, продвижение яйцеклетки по маточным трубам, поскольку все эти части организма человека выстланы реснитчатым эпителием.

Включения

Включения — это непостоянные компоненты клетки, которые образуются и исчезают в процессе ее жизнедеятельности. К ним относят как запасные вещества, например, зерна крахмала или белка в растительных клетках, гранулы гликогена в клетках животных и грибов, волютина у бактерий, капли жира во всех типах клеток, так и отходы жизнедеятельности, в частности, непереваренные в результате фагоцитоза остатки пищи, образующие так называемые остаточные тельца.

Взаимосвязь строения и функций частей и органоидов клетки — основа ее целостности

Каждая из частей клетки, с одной стороны, является обособленной структурой со специфическим строением и функциями, а с другой — компонентом более сложной системы, называемой клеткой. Бульшая часть наследственной информации эукариотической клетки сосредоточена в ядре, однако само ядро не в состоянии обеспечить ее реализацию, поскольку для этого необходимы как минимум цитоплазма, выступающая как основное вещество, и рибосомы, на которых и происходит этот синтез. Большинство рибосом расположено на гранулярной эндоплазматической сети, откуда белки чаще всего транспортируются в комплекс Гольджи, а затем после модификации — в те части клетки, для которых они предназначены, или выводятся наружу. Мембранные упаковки белков и углеводов могут встраиваться в мембраны органоидов и цитоплазматическую мембрану, обеспечивая их постоянное обновление. От комплекса Гольджи отшнуровываются также выполняющие важнейшие функции лизосомы и вакуоли. Например, без лизосом клетки быстро превратились бы в свое образную свалку отработанных молекул и структур.

Протекание всех этих процессов требует энергии, вырабатываемой митохондриями, а у растений — и хлоропластами. И хотя эти органоиды являются относительно автономными, т. к. имеют собственные молекулы ДНК, часть их белков все равно кодируется ядерным геномом и синтезируется в цитоплазме.

Таким образом, клетка представляет собой неразрывное единство составляющих ее компонентов, каждый из которых выполняет свою уникальную функцию.

Обмен веществ и превращения энергии — свойства живых организмов. Энергетический и пластический обмен, их взаимосвязь. Стадии энергетического обмена. Брожение и дыхание. Фотосинтез, его значение, космическая роль. Фазы фотосинтеза. Световые и темновые реакции фотосинтеза, их взаимосвязь. Хемосинтез. Роль хемосинтезирующих бактерий на Земле

Обмен веществ и превращения энергии — свойства живых организмов

Клетку можно уподобить миниатюрной химической фабрике, на которой происходят сотни и тысячи химических реакций.

Обмен веществ — совокупность химических превращений, направленных на сохранение и самовоспроизведение биологических систем.

Он включает в себя поступление веществ в организм в процессе питания и дыхания, внутриклеточный обмен веществ, или метаболизм, а также выделение конечных продуктов обмена.

Обмен веществ неразрывно связан с процессами превращения одних видов энергии в другие. Например, в процессе фотосинтеза световая энергия запасается в виде энергии химических связей сложных органических молекул, а в процессе дыхания она высвобождается и расходуется на синтез новых молекул, механическую и осмотическую работу, рассеивается в виде тепла и т. д.

Протекание химических реакций в живых организмах обеспечивается благодаря биологическим катализаторам белковой природы — ферментам, или энзимам. Как и другие катализаторы, ферменты ускоряют протекание химических реакций в клетке в десятки и сотни тысяч раз, а иногда и вообще делают их возможными, но не изменяют при этом ни природы, ни свойств конечного продукта (продуктов) реакции и не изменяются сами. Ферменты могут быть как простыми, так и сложными белками, в состав которых, кроме белковой части, входит и небелковая — кофактор (кофермент). Примерами ферментов являются амилаза слюны, расщепляющая полисахариды при длительном пережевывании, и пепсин, обеспечивающий переваривание белков в желудке.

Ферменты отличаются от катализаторов небелковой природы высокой специфичностью действия, значительным увеличением с их помощью скорости реакции, а также возможностью регуляции действия за счет изменения условий протекания реакции либо взаимодействия с ними различных веществ. К тому же и условия, в которых протекает ферментный катализ, существенно отличаются от тех, при которых идет неферментный: оптимальной для функционирования ферментов в организме человека является температура $37°С$, давление должно быть близким к атмосферному, а $рН$ среды может существенно колебаться. Так, для амилазы необходима щелочная среда, а для пепсина — кислая.

Механизм действия ферментов заключается в снижении энергии активации веществ (субстратов), вступающих в реакцию, за счет образования промежуточных фермент-субстратных комплексов.

Энергетический и пластический обмен, их взаимосвязь

Метаболизм складывается из двух одновременно протекающих в клетке процессов: пластического и энергетического обменов.

Пластический обмен (анаболизм, ассимиляция) представляет собой совокупность реакций синтеза, которые идут с затратой энергии АТФ. В процессе пластического обмена синтезируются органические вещества, необходимые клетке. Примером реакций пластического обмена являются фотосинтез, биосинтез белка и репликация (самоудвоение) ДНК.

Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) — это совокупность реакций расщепления сложных веществ до более простых. В результате энергетического обмена выделяется энергия, запасаемая в виде АТФ. Наиболее важными процессами энергетического обмена являются дыхание и брожение.

Пластический и энергетический обмены неразрывно связаны, поскольку в процессе пластического обмена синтезируются органические вещества и для этого необходима энергия АТФ, а в процессе энергетического обмена органические вещества расщепляются и высвобождается энергия, которая затем будет израсходована на процессы синтеза.

Энергию организмы получают в процессе питания, а высвобождают ее и переводят в доступную форму в основном в процессе дыхания. По способу питания все организмы делятся на автотрофов и гетеротрофов. Автотрофы способны самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических, а гетеротрофы используют исключительно готовые органические вещества.

Стадии энергетического обмена

Несмотря на всю сложность реакций энергетического обмена, его условно подразделяют на три этапа: подготовительный, анаэробный (бескислородный) и аэробный (кислородный).

На подготовительном этапе молекулы полисахаридов, липидов, белков, нуклеиновых кислот распадаются на более простые, например, глюкозу, глицерин и жирные кислоты, аминокислоты, нуклеотиды и др. Этот этап может протекать непосредственно в клетках либо в кишечнике, откуда расщепленные вещества доставляются с током крови.

Анаэробный этап энергетического обмена сопровождается дальнейшим расщеплением мономеров органических соединений до еще более простых промежуточных продуктов, например, пировиноградной кислоты, или пирувата. Он не требует присутствия кислорода, и для многих организмов, обитающих в иле болот или в кишечнике человека, является единственным способом получения энергии. Анаэробный этап энергетического обмена протекает в цитоплазме.

Бескислородному расщеплению могут подвергаться различные вещества, однако довольно часто субстратом реакций оказывается глюкоза.{+} + 2Н_2О$.

Образование АТФ из АДФ происходит вследствие прямого переноса фосфат-аниона с предварительно фосфорилированного сахара и называется субстратным фосфорилированием.

Аэробный этап энергетического обмена может происходить только в присутствии кислорода, при этом промежуточные соединения, образовавшиеся в процессе бескислородного расщепления, окисляются до конечных продуктов (углекислого газа и воды) и выделяется большая часть энергии, запасенной в химических связях органических соединений. Она переходит в энергию макроэргических связей 36 молекул АТФ. Этот этап также называется тканевым дыханием. В случае отсутствия кислорода промежуточные соединения превращаются в другие органические вещества, и этот процесс называется брожением.

Дыхание

Механизм клеточного дыхания схематически изображен на рис.

Аэробное дыхание происходит в митохондриях, при этом пировиноградная кислота сначала утрачивает один атом углерода, что сопровождается синтезом одного восстановительного эквивалента $НАДН + Н^{+}$ и молекулы ацетилкофермента А (ацетил-КоА):

$С_3Н_4О_3 + НАД + Н~КоА → СН_3СО~КоА + НАДН + Н^{+} + СО_2↑$.{+}$.

При брожении с помощью микроорганизмов из пировиноградной кислоты могут образоваться также уксусная, масляная, муравьиная кислоты и др.

АТФ, полученная в результате энергетического обмена, расходуется в клетке на различные виды работы: химическую, осмотическую, электрическую, механическую и регуляторную. Химическая работа заключается в биосинтезе белков, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот и других жизненно важных соединений. К осмотической работе относят процессы поглощения клеткой и выведения из нее веществ, которые во внеклеточном пространстве находятся в концентрациях, больших, чем в самой клетке. Электрическая работа тесно взаимосвязана с осмотической, поскольку именно в результате перемещения заряженных частиц через мембраны формируется заряд мембраны и приобретаются свойства возбудимости и проводимости. Механическая работа сопряжена с движением веществ и структур внутри клетки, а также клетки в целом. К регуляторной работе относят все процессы, направленные на координацию процессов в клетке.

Фотосинтез, его значение, космическая роль

Фотосинтезом называют процесс преобразования энергии света в энергию химических связей органических соединений с участием хлорофилла.

В результате фотосинтеза образуется около 150 млрд тонн органического вещества и приблизительно 200 млрд тонн кислорода ежегодно. Этот процесс обеспечивает круговорот углерода в биосфере, не давая накапливаться углекислому газу и препятствуя тем самым возникновению парникового эффекта и перегреву Земли. Образующиеся в результате фотосинтеза органические вещества не расходуются другими организмами полностью, значительная их часть в течение миллионов лет образовала залежи полезных ископаемых (каменного и бурого угля, нефти). В последнее время в качестве топлива начали использовать также рапсовое масло («биодизель») и спирт, полученный из растительных остатков. Из кислорода под действием электрических разрядов образуется озон, который формирует озоновый экран, защищающий все живое на Земле от губительного действия ультрафиолетовых лучей.

Наш соотечественник, выдающийся физиолог растений К. А. Тимирязев (1843–1920) назвал роль фотосинтеза «космической», поскольку он связывает Землю с Солнцем (космосом), обеспечивая приток энергии на планету.

Фазы фотосинтеза. Световые и темновые реакции фотосинтеза, их взаимосвязь

В 1905 году английский физиолог растений Ф. Блэкмен обнаружил, что скорость фотосинтеза не может увеличиваться беспредельно, какой-то фактор ограничивает ее. На основании этого он выдвинул предположение о наличии двух фаз фотосинтеза: световой и темновой. При низкой интенсивности освещения скорость световых реакций возрастает пропорционально нарастанию силы света, и, кроме того, данные реакции не зависят от температуры, поскольку для их протекания не нужны ферменты. Световые реакции протекают на мембранах тилакоид.

Скорость темновых реакций, напротив, возрастает с повышением температуры, однако по достижении температурного порога в $30°С$ этот рост прекращается, что свидетельствует о ферментативном характере указанных превращений, происходящих в строме. Следует отметить, что свет также оказывает на темновые реакции определенное влияние, несмотря на то, что они называются темновыми.

Световая фаза фотосинтеза протекает на мембранах тилакоидов, несущих несколько типов белковых комплексов, основными из которых являются фотосистемы I и II, а также АТФсинтаза. В состав фотосистем входят пигментные комплексы, в которых, кроме хлорофилла, присутствуют и каротиноиды. Каротиноиды улавливают свет в тех областях спектра, в которых этого не делает хлорофилл, а также защищают хлорофилл от разрушения светом высокой интенсивности.

Кроме пигментных комплексов, фотосистемы включают и ряд белков-акцепторов электронов, которые последовательно передают друг другу электроны от молекул хлорофилла. Последовательность этих белков называется электронтранспортной цепью хлоропластов.

С фотосистемой II также ассоциирован специальный комплекс белков, который обеспечивает выделение кислорода в процессе фотосинтеза. Этот кислородвыделяющий комплекс содержит ионы марганца и хлора.{-} + {1}/{2}O_2↑$.

Генетическая информация в клетке. Гены, генетический код и его свойства. Матричный характер реакций биосинтеза. Биосинтез белка и нуклеиновых кислот

Генетическая информация в клетке

Воспроизведение себе подобных является одним из фундаментальных свойств живого. Благодаря этому явлению существует сходство не только между организмами, но и между отдельными клетками, а также их органоидами (митохондриями и пластидами). Материальной основой этого сходства является передача зашифрованной в последовательности нуклеотидов ДНК генетической информации, которая осуществляется благодаря процессам репликации (самоудвоения) ДНК. Реа лизуются все признаки и свойства клеток и организмов благодаря белкам, структуру которых в первую очередь и определяют последовательности нуклеотидов ДНК. Поэтому первостепенное значение в процессах метаболизма играет именно биосинтез нуклеиновых кислот и белка. Структурной единицей наследственной информации является ген.

Гены, генетический код и его свойства

Наследственная информация в клетке не является монолитной, она разбита на отдельные «слова» — гены.

Ген — это элементарная единица генетической информации.

Работы по программе «Геном человека», которые проводились одновременно в нескольких странах и были завершены в начале нынешнего века, дали нам понимание того, что у человека всего около 25–30 тыс. генов, но информация с большей части нашей ДНК не считывается никогда, так как в ней содержится огромное количество бессмысленных участков, повторов и генов, кодирующих признаки, утратившие значение для человека (хвост, оволосение тела и др.). Кроме того, был расшифрован ряд генов, отвечающих за развитие наследственных заболеваний, а также генов-мишеней лекарственных препаратов. Однако практическое применение результатов, полученных в ходе реализации данной программы, откладывается до тех пор, пока не будут расшифрованы геномы большего количества людей и станет понятно, чем же все-таки они различаются.

Гены, кодирующие первичную структуру белка, рибосомальной или транспортной РНК называются структурными, а гены, обеспечивающие активацию или подавление считывания информации со структурных генов, — регуляторными. Однако даже структурные гены содержат регуляторные участки.

Наследственная информация организмов зашифрована в ДНК в виде определенных сочетаний нуклеотидов и их последовательности — генетического кода. Его свойствами являются: триплетность, специфичность, универсальность, избыточность и неперекрываемость. Кроме того, в генетическом коде отсутствуют знаки препинания.

Каждая аминокислота закодирована в ДНК тремя нуклеотидами — триплетом, например, метионин закодирован триплетом ТАЦ, то есть код триплетен. С другой стороны, каждый триплет кодирует только одну аминокислоту, в чем заключается его специфичность или однозначность. Генетический код универсален для всех живых организмов, то есть наследственная информация о белках человека может считываться бактериями и наоборот. Это свидетельствует о единстве происхождения органического мира. Однако 64 комбинациям нуклеотидов по три соответствует только 20 аминокислот, вследствие чего одну аминокислоту может кодировать 2–6 триплетов, то есть генетический код избыточен, или вырожден. Три триплета не имеют соответствующих аминокислот, их называют стоп-кодонами, так как они обозначают окончание синтеза полипептидной цепи.

Последовательность оснований в триплетах ДНК и кодируемые ими аминокислоты

*Стоп-кодон, означающий конец синтеза полипептидной цепи.

Сокращения названий аминокислот:

Ала — аланин

Арг — аргинин

Асн — аспарагин

Асп — аспарагиновая кислота

Вал — валин

Гис — гистидин

Гли — глицин

Глн — глутамин

Глу — глутаминовая кислота

Иле — изолейцин

Лей — лейцин

Лиз — лизин

Мет — метионин

Про — пролин

Сер — серин

Тир — тирозин

Тре — треонин

Три — триптофан

Фен — фенилаланин

Цис — цистеин

Если начать считывание генетической информации не с первого нуклеотида в триплете, а со второго, то произойдет не только сдвижка рамки считывания — синтезированный таким образом белок будет совсем иным не только по последовательности нуклеотидов, но и по структуре и свойствам. Между триплетами отсутствуют какие бы то ни было знаки препинания, поэтому нет никаких препятствий для сдвижки рамки считывания, что открывает простор для возникновения и сохранения мутаций.

Матричный характер реакций биосинтеза

Клетки бактерий способны удваиваться каждые 20–30 минут, а клетки эукариот — каждые сутки и даже чаще, что требует высокой скорости и точности репликации ДНК. Кроме того, каждая клетка содержит сотни и тысячи копий многих белков, особенно ферментов, следовательно, для их воспроизведения неприемлем «штучный» способ их производства. Более прогрессивным способом является штамповка, которая позволяет получить многочисленные точные копии продукта и к тому же снизить его себестоимость. Для штамповки необходима матрица, с которой осуществляется оттиск.

В клетках принцип матричного синтеза заключается в том, что новые молекулы белков и нуклеиновых кислот синтезируются в соответствии с программой, заложенной в структуре ранее существовавших молекул тех же нуклеиновых кислот (ДНК или РНК).

Биосинтез белка и нуклеиновых кислот

Репликация ДНК. ДНК представляет собой двухцепочечный биополимер, мономерами которого являются нуклеотиды. Если бы биосинтез ДНК происходил по принципу ксерокопирования, то неизбежно возникали бы многочисленные искажения и погрешности в наследственной информации, которые в конечном итоге привели бы к гибели новых организмов. Поэтому процесс удвоения ДНК происходит иным, полуконсервативным способом: молекула ДНК расплетается, и на каждой из цепей синтезируется новая цепь по принципу комплементарности. Процесс самовоспроизведения молекулы ДНК, обеспечивающий точное копирование наследственной информации и передачу ее из поколения в поколение, называется репликацией (от лат. репликацио — повторение). В результате репликации образуются две абсолютно точные копии материнской молекулы ДНК, каждая из которых несет по одной копии материнской.

Процесс репликации на самом деле крайне сложен, так как в нем участвует целый ряд белков. Одни из них раскручивают двойную спираль ДНК, другие разрывают водородные связи между нуклеотидами комплементарных цепей, третьи (например, фермент ДНК-полимераза) подбирают по принципу комплементарности новые нуклеотиды и т. д. Образовавшиеся в результате репликации две молекулы ДНК в процессе деления расходятся по двум вновь образующимся дочерним клеткам.

Ошибки в процессе репликации возникают крайне редко, однако если они и происходят, то очень быстро устраняются как ДНК-полимеразами, так и специальными ферментами репарации, поскольку любая ошибка в последовательности нуклеотидов может привести к необратимому изменению структуры и функций белка и, в конечном итоге, неблагоприятно сказаться на жизнеспособности новой клетки или даже особи.

Биосинтез белка. Как образно выразился выдающийся философ XIX века Ф. Энгельс: «Жизнь есть форма существования белковых тел». Структура и свойства белковых молекул определяются их первичной структурой, т. е. последовательностью аминокислот, зашифрованной в ДНК. От точности воспроизведения этой информации зависит не только существование самого полипептида, но и функционирование клетки в целом, поэтому процесс синтеза белка имеет огромное значение. Он, по-видимому, является самым сложным процессом синтеза в клетке, поскольку здесь участвует до трехсот различных ферментов и других макромолекул. Кроме того, он протекает с высокой скоростью, что требует еще большей точности.

В биосинтезе белка выделяют два основных этапа: транскрипцию и трансляцию.

Транскрипция (от лат. транскрипцио — переписывание) — это биосинтез молекул иРНК на матрице ДНК.

Поскольку молекула ДНК содержит две антипараллельных цепи, то считывание информации с обеих цепей привело бы к образованию совершенно различных иРНК, поэтому их биосинтез возможен только на одной из цепей, которую называют кодирующей, или кодогенной, в отличие от второй, некодирующей, или некодогенной. Обеспечивает процесс переписывания специальный фермент РНК-полимераза, который подбирает нуклеотиды РНК по принципу комплементарности. Этот процесс может протекать как в ядре, так и в органоидах, имеющих собственную ДНК, — митохондриях и пластидах.

Синтезированные в процессе транскрипции молекулы иРНК проходят сложный процесс подготовки к трансляции (митохондриальные и пластидные иРНК могут оставаться внутри органоидов, где и происходит второй этап биосинтеза белка). В процессе созревания иРНК к ней присоединяются первые три нуклеотида (АУГ) и хвост из адениловых нуклеотидов, длина которого определяет, сколько копий белка может синтезироваться на данной молекуле. Только потом зрелые иРНК покидают ядро через ядерные поры.

Параллельно в цитоплазме происходит процесс активации аминокислот, в ходе которого аминокислота присоединяется к соответствующей свободной тРНК. Этот процесс катализируется специальным ферментом, на него затрачивается АТФ.

Трансляция (от лат. трансляцио — передача) — это биосинтез полипептидной цепи на матрице иРНК, при котором происходит перевод генетической информации в последовательность аминокислот полипептидной цепи.

Второй этап синтеза белка чаще всего происходит в цитоплазме, например на шероховатой ЭПС. Для его протекания необходимы наличие рибосом, активация тРНК, в ходе которой они присоединяют соответствующие аминокислоты, присутствие ионов Mg2+, а также оптимальные условия среды (температура, рН, давление и т. д.).

Для начала трансляции (инициации) к готовой к синтезу молекуле иРНК присоединяется малая субъединица рибосомы, а затем по принципу комплементарности к первому кодону (АУГ) подбирается тРНК, несущая аминокислоту метионин. Лишь после этого присоединяется большая субъединица рибосомы. В пределах собранной рибосомы оказываются два кодона иРНК, первый из которых уже занят. К соседнему с ним кодону присоединяется вторая тРНК, также несущая аминокислоту, после чего между остатками аминокислот с помощью ферментов образуется пептидная связь. Рибосома передвигается на один кодон иРНК; первая из тРНК, освободившаяся от аминокислоты, возвращается в цитоплазму за следующей аминокислотой, а фрагмент будущей полипептидной цепи как бы повисает на оставшейся тРНК. К новому кодону, оказавшемуся в пределах рибосомы, присоединяется следующая тРНК, процесс повторяется и шаг за шагом полипептидная цепь удлиняется, т. е. происходит ее элонгация.

Окончание синтеза белка (терминация) происходит, как только в молекуле иРНК встретится специфическая последовательность нуклеотидов, которая не кодирует аминокислоту (стоп-кодон). После этого рибосома, иРНК и полипептидная цепь разделяются, а вновь синтезированный белок приобретает соответствующую структуру и транспортируется в ту часть клетки, где он будет выполнять свои функции.

Трансляция является весьма энергоемким процессом, поскольку на присоединение одной аминокислоты к тРНК расходуется энергия одной молекулы АТФ, еще несколько используются для продвижения рибосомы по молекуле иРНК.

Для ускорения синтеза определенных белковых молекул к молекуле иРНК могут присоединяться последовательно несколько рибосом, которые образуют единую структуру — полисому.

Клетка — генетическая единица живого. Хромосомы, их строение (форма и размеры) и функции. Число хромосом и их видовое постоянство. Соматические и половые клетки. Жизненный цикл клетки: интерфаза и митоз. Митоз — деление соматических клеток. Мейоз. Фазы митоза и мейоза. Развитие половых клеток у растений и животных. Деление клетки — основа роста, развития и размножения организмов. Роль мейоза и митоза

Клетка — генетическая единица живого

Несмотря на то, что нуклеиновые кислоты являются носителем генетической информации, реализация этой информации невозможна вне клетки, что легко доказывается на примере вирусов. Данные организмы, содержащие зачастую только ДНК или РНК, не могут самостоятельно воспроизводиться, для этого они должны использовать наследственный аппарат клетки. Даже проникнуть в клетку без помощи самой клетки они не могут, кроме как с использованием механизмов мембранного транспорта или благодаря повреждению клеток. Большинство вирусов нестабильно, они гибнут уже после нескольких часов пребывания на открытом воздухе. Следовательно, клетка является генетической единицей живого, обладающей минимальным набором компонентов для сохранения, изменения и реализации наследственной информации, а также ее передачи потомкам.

Бульшая часть генетической информации эукариотической клетки сосредоточена в ядре. Особенностью ее организации является то, что, в отличие от ДНК прокариотической клетки, молекулы ДНК эукариот не замкнуты и образуют сложные комплексы с белками — хромосомы.

Хромосомы, их строение (форма и размеры) и функции

Хромосома (от греч. хрома — цвет, окраска и сома — тело) — это структура клеточного ядра, которая содержит гены и несет определенную наследственную информацию о признаках и свойствах организма.

Иногда хромосомами называют и кольцевые молекулы ДНК прокариот. Хромосомы способны к самоудвоению, они обладают структурной и функциональной индивидуальностью и сохраняют ее в ряду поколений. Каждая клетка несет всю наследственную информацию организма, но в ней работает только небольшая часть.

Основой хромосомы является двухцепочечная молекула ДНК, упакованная с белками. У эукариот с ДНК взаимодействуют гистоновые и негистоновые белки, тогда как у прокариот гистоновые белки отсутствуют.

Лучше всего хромосомы видны под световым микроскопом в процессе деления клетки, когда они в результате уплотнения приобретают вид палочковидных телец, разделенных первичной перетяжкой — центромерой — на плечи. На хромосоме может быть также и вторичная перетяжка, которая в некоторых случаях отделяет от основной части хромосомы так называемый спутник. Концевые участки хромосом называются теломерами. Теломеры препятствуют слипанию концов хромосом и обеспечивают их прикрепление к оболочке ядра в неделящейся клетке. В начале деления хромосомы удвоены и состоят из двух дочерних хромосом — хроматид, скрепленных в центромере.

По форме различают равноплечие, неравноплечие и палочковидные хромосомы. Размеры хромосом существенно варьируют, однако средняя хромосома имеет размеры 5 $×$ 1,4 мкм.

В некоторых случаях хромосомы в результате многочисленных удвоений ДНК содержат сотни и тысячи хроматид: такие гигантские хромосомы называются политенными. Они встречаются в слюнных железах личинок дрозофилы, а также в пищеварительных железах аскариды.

Число хромосом и их видовое постоянство. Соматические и половые клетки

Согласно клеточной теории клетка является единицей строения, жизнедеятельности и развития организма. Таким образом, такие важнейшие функции живого, как рост, размножение и развитие организма обеспечиваются на клеточном уровне. Клетки многоклеточных организмов можно разделить на соматические и половые.

Соматические клетки — это все клетки тела, образующиеся в результате митотического деления.

Изучение хромосом позволило установить, что для соматических клеток организма каждого биологического вида характерно постоянное число хромосом. Например, у человека их 46. Набор хромосом соматических клеток называют диплоидным (2n), или двойным.

Половые клетки, или гаметы, — это специализированные клетки, служащие для полового размножения.

В гаметах содержится всегда вдвое меньше хромосом, чем в соматических клетках (у человека — 23), поэтому набор хромосом половых клеток называется гаплоидным (n), или одинарным. Его образование связано с мейотическим делением клетки.

Количество ДНК соматических клеток обозначается как 2c, а половых — 1с. Генетическая формула соматических клеток записывается как 2n2c, а половых — 1n1с.

В ядрах некоторых соматических клеток количество хромосом может отличаться от их количества в соматических клетках. Если это различие больше на один, два, три и т. д. гаплоидных набора, то такие клетки называют полиплоидными (три-, тетра-, пентаплоидными соответственно). В таких клетках процессы метаболизма протекают, как правило, очень интенсивно.

Количество хромосом само по себе не является видоспецифическим признаком, поскольку различные организмы могут иметь равное количество хромосом, а родственные — разное. Например, у малярийного плазмодия и лошадиной аскариды по две хромосомы, а у человека и шимпанзе — 46 и 48 соответственно.

Хромосомы человека делятся на две группы: аутосомы и половые хромосомы (гетерохромосомы). Аутосом в соматических клетках человека насчитывается 22 пары, они одинаковы для мужчин и женщин, а половых хромосом только одна пара, но именно она определяет пол особи. Существует два вида половых хромосом — X и Y. Клетки тела женщины несут по две X-хромосомы, а мужчин — X и Y.

Кариотип — это совокупность признаков хромосомного набора организма (число хромосом, их форма и величина).

Условная запись кариотипа включает общее количество хромосом, половые хромосомы и возможные отклонения в наборе хромосом. Например, кариотип нормального мужчины записывается как 46, XY, а кариотип нормальной женщины — 46, XX.

Жизненный цикл клетки: интерфаза и митоз

Клетки не возникают каждый раз заново, они образуются только в результате деления материнских клеток. После разделения дочерним клеткам требуется некоторое время для формирования органоидов и приобретения соответствующей структуры, которая обеспечила бы выполнение определенной функции. Этот отрезок времени называется созреванием.

Промежуток времени от появления клетки в результате деления до ее разделения или гибели называется жизненным циклом клетки.

У эукариотических клеток жизненный цикл делится на две основные стадии: интерфазу и митоз.

Интерфаза — это промежуток времени в жизненном цикле, в который клетка не делится и нормально функционирует. Интерфаза делится на три периода: G₁-, S- и G₂-периоды.

G₁-период (пресинтетический, постмитотический) — это период роста и развития клетки, в который происходит активный синтез РНК, белков и других веществ, необходимых для полного жизнеобеспечения вновь образовавшейся клетки. К концу этого периода клетка может начать готовиться к удвоению ДНК.

В S-периоде (синтетическом) происходит сам процесс репликации ДНК. Единственным участком хромосомы, который не подвергается репликации, является центромера, поэтому образовавшиеся молекулы ДНК не расходятся полностью, а остаются скрепленными в ней, и в начале деления хромосома имеет X-образный вид. Генетическая формула клетки после удвоения ДНК — 2n4c. Также в S-периоде происходит удвоение центриолей клеточного центра.

G₂-период (постсинтетический, премитотический) характеризуется интенсивным синтезом РНК, белков и АТФ, необходимых для процесса деления клетки, а также разделением центриолей, митохондрий и пластид. До конца интерфазы хроматин и ядрышко остаются хорошо различимыми, целостность ядерной оболочки не нарушается, а органоиды не изменяются.

Часть клеток организма способна выполнять свои функции в течение всей жизни организма (нейроны нашего головного мозга, мышечные клетки сердца), а другие существуют непродолжительное время, после чего погибают (клетки кишечного эпителия, клетки эпидермиса кожи). Следовательно, в организме должны постоянно происходить процессы деления клеток и образования новых, которые замещали бы отмершие. Клетки, способные к делению, называют стволовыми. В организме человека они находятся в красном костном мозге, в глубоких слоях эпидермиса кожи и других местах. Используя эти клетки, можно вырастить новый орган, добиться омоложения, а также клонировать организм. Перспективы использования стволовых клеток совершенно ясны, однако морально-этические аспекты этой проблемы все еще обсуждаются, поскольку в большинстве случаев используются эмбриональные стволовые клетки, полученные из убитых при аборте зародышей человека.

Продолжительность интерфазы в клетках растений и животных составляет в среднем 10– 20 часов, тогда как митоз занимает около 1–2 часов.

В ходе последовательных делений в многоклеточных организмах дочерние клетки становятся все более разнообразными, поскольку в них происходит считывание информации со все большего числа генов.

Некоторые клетки со временем перестают делиться и погибают, что может быть связано с завершением выполнения определенных функций, как в случае клеток эпидермиса кожи и клеток крови или с повреждением этих клеток факторами окружающей среды, в частности возбудителями болезней. Генетически запрограммированная смерть клетки называется апоптозом, тогда как случайная гибель — некрозом.

Митоз — деление соматических клеток. Фазы митоза

Митоз — способ непрямого деления соматических клеток.

Во время митоза клетка проходит ряд последовательных фаз, в результате которых каждая дочерняя клетка получает такой же набор хромосом, как и в материнской клетке.

Митоз делится на четыре основные фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Профаза — наиболее длительная стадия митоза, в процессе которой происходит конденсация хроматина, в результате чего становятся видны X-образные хромосомы, состоящие из двух хроматид (дочерних хромосом). При этом исчезает ядрышко, центриоли расходятся к полюсам клетки, и начинает формироваться ахроматиновое веретено (веретено деления) из микротрубочек. В конце профазы ядерная оболочка распадается на отдельные пузырьки.

В метафазе хромосомы выстраиваются по экватору клетки своими центромерами, к которым прикрепляются микротрубочки полностью сформированного веретена деления. На этой стадии деления хромосомы наиболее уплотнены и имеют характерную форму, что позволяет изучить кариотип.

В анафазе происходит быстрая репликация ДНК в центромерах, вследствие которой хромосомы расщепляются и хроматиды расходятся к полюсам клетки, растягиваемые микротрубочками. Распределение хроматид должно быть абсолютно равным, поскольку именно этот процесс обеспечивает поддержание постоянства числа хромосом в клетках организма.

На стадии телофазы дочерние хромосомы собираются на полюсах, деспирализуются, вокруг них из пузырьков формируются ядерные оболочки, а во вновь образовавшихся ядрах возникают ядрышки.

После деления ядра происходит деление цитоплазмы — цитокинез, в ходе которого и происходит более или менее равномерное распределение всех органоидов материнской клетки.

Таким образом, в результате митоза из одной материнской клетки образуется две дочерних, каждая из которых является генетической копией материнской (2n2c).

В больных, поврежденных, стареющих клетках и специализированных тканях организма может происходить несколько иной процесс деления — амитоз. Амитозом называют прямое деление эукариотических клеток, при котором не происходит образования генетически равноценных клеток, так как клеточные компоненты распределяются неравномерно. Он встречается у растений в эндосперме, а у животных — в печени, хрящах и роговице глаза.

Мейоз. Фазы мейоза

Мейоз — это способ непрямого деления первичных половых клеток (2n2с), в результате которого образуются гаплоидные клетки (1n1с), чаще всего половые.

В отличие от митоза, мейоз состоит из двух последовательных делений клетки, каждому из которых предшествует интерфаза. Первое деление мейоза (мейоз I) называется редукционным, так как при этом количество хромосом уменьшается вдвое, а второе деление (мейоз II) — эквационным, так как в его процессе количество хромосом сохраняется.

Интерфаза I протекает подобно интерфазе митоза. Мейоз I делится на четыре фазы: профазу I, метафазу I, анафазу I и телофазу I. В профазе I происходят два важнейших процесса — конъюгация и кроссинговер. Конъюгация — это процесс слияния гомологичных (парных) хромосом по всей длине. Образовавшиеся в процессе конъюгации пары хромосом сохраняются до конца метафазы I.

Кроссинговер — взаимный обмен гомологичными участками гомологичных хромосом. В результате кроссинговера хромосомы, полученные организмом от обоих родителей, приобретают новые комбинации генов, что обусловливает появление генетически разнообразного потомства. В конце профазы I, как и в профазе митоза, исчезает ядрышко, центриоли расходятся к полюсам клетки, а ядерная оболочка распадается.

В метафазе I пары хромосом выстраиваются по экватору клетки, к их центромерам прикреп ляются микротрубочки веретена деления.

В анафазе I к полюсам расходятся целые гомологичные хромосомы, состоящие из двух хроматид.

В телофазе I вокруг скоплений хромосом у полюсов клетки образуются ядерные оболочки, формируются ядрышки.

Цитокинез I обеспечивает разделение цитоплазм дочерних клеток.

Образовавшиеся в результате мейоза I дочерние клетки (1n2c) генетически разнородны, поскольку их хромосомы, случайным образом разошедшиеся к полюсам клетки, содержат неодинаковые гены.

Сравнительная характеристика митоза и мейоза

Признак	Митоз	Мейоз
Какие клетки вступают в деление?	Соматические (2n)	Первичные половые клетки (2n)
Число делений	1	2
Сколько и каких клеток образуется в процессе деления?	2 соматические (2n)	4 половые (n)
Интерфаза	Подготовка клетки к делению, удвоение ДНК	Подготовка клетки к делению, удвоение ДНК	Очень короткая, удвоения ДНК не происходит
Фазы		Мейоз I	Мейоз II
Профаза	Конденсация хромосом, исчезновение ядрышка, распад ядерной оболочки	Конденсация хромосом, исчезновение ядрышка, распад ядерной оболочки, могут происходить конъюгация и кроссинговер	Конденсация хромосом, исчезновение ядрышка, распад ядерной оболочки
Метафаза	Хромосомы выстраиваются по экватору, формируется веретено деления	По экватору располагаются пары хромосом, формируется веретено деления	Хромосомы выстраиваются по экватору, формируется веретено деления
Анафаза	К полюсам расходятся хроматиды	К полюсам расходятся гомологичные хромосомы из двух хроматид	К полюсам расходятся хроматиды
Телофаза	Хромосомы деспирализуются, формируются новые ядерные оболочки и ядрышки	Хромосомы деспирализуются, формируются новые ядерные оболочки и ядрышки	Хромосомы деспирализуются, формируются новые ядерные оболочки и ядрышки

Интерфаза II очень короткая, так как в ней не происходит удвоения ДНК, то есть отсутствует S-период.

Мейоз II также делится на четыре фазы: профазу II, метафазу II, анафазу II и телофазу II. В профазе II протекают те же процессы, что и в профазе I, за исключением конъюгации и кроссинговера.

В метафазе II хромосомы располагаются вдоль экватора клетки.

В анафазе II хромосомы расщепляются в центромерах и к полюсам растягиваются уже хроматиды.

В телофазе II вокруг скоплений дочерних хромосом формируются ядерные оболочки и ядрышки.

После цитокинеза II генетическая формула всех четырех дочерних клеток — 1n1c, однако все они имеют различный набор генов, что является результатом кроссинговера и случайного сочетания хромосом материнского и отцовского организмов в дочерних клетках.

Развитие половых клеток у растений и животных

Гаметогенез (от греч. гамете — жена, гаметес — муж и генезис — происхождение, возникновение) — это процесс образования зрелых половых клеток.

Так как для полового размножения чаще всего необходимы две особи — женская и мужская, продуцирующие различные половые клетки — яйцеклетки и спермии, то и процессы образования этих гамет должны быть различны.

Характер процесса в существенной степени зависит и от того, происходит ли он в растительной или животной клетке, поскольку у растений при образовании гамет происходит только митоз, а у животных — и митоз, и мейоз.

Развитие половых клеток у растений. У покрытосеменных растений образование мужских и женских половых клеток происходит в различных частях цветка — тычинках и пестиках соответственно.

Перед образованием мужских половых клеток — микрогаметогенезом (от греч. микрос — маленький) — происходит микроспорогенез, то есть формирование микроспор в пыльниках тычинок. Этот процесс связан с мейотическим делением материнской клетки, в результате которого возникают четыре гаплоидные микроспоры. Микрогаметогенез сопряжен с митотическим делением микроспоры, дающим мужской гаметофит из двух клеток — крупной вегетативной (сифоногенной) и мелкой генеративной. После деления мужской гаметофит покрывается плотными оболочками и образует пыльцевое зерно. В некоторых случаях еще в процессе созревания пыльцы, а иногда только после переноса на рыльце пестика генеративная клетка делится митотически с образованием двух неподвижных мужских половых клеток — спермиев. Из вегетативной клетки после опыления формируется пыльцевая трубка, по которой спермии проникают в завязь пестика для оплодотворения.

Развитие женских половых клеток у растений называется мегагаметогенезом (от греч. мегас — большой). Он происходит в завязи пестика, чему предшествует мегаспорогенез, в результате которого из материнской клетки мегаспоры, лежащей в нуцеллусе, путем мейотического деления формируются четыре мегаспоры. Одна из мегаспор трижды делится митотически, давая женский гаметофит — зародышевый мешок с восемью ядрами. При последующем обособлении цитоплазм дочерних клеток одна из образовавшихся клеток становится яйцеклеткой, по бокам от которой лежат так называемые синергиды, на противоположном конце зародышевого мешка формируются три антипода, а в центре в результате слияния двух гаплоидных ядер образуется диплоидная центральная клетка.

Развитие половых клеток у животных. У животных различают два процесса образования половых клеток — сперматогенез и овогенез.

Сперматогенез (от греч. сперма, сперматос — семя и генезис — происхождение, возникновение) — это процесс образования зрелых мужских половых клеток — сперматозоидов. У человека он протекает в семенниках, или яичках, и делится на четыре периода: размножение, рост, созревание и формирование.

В период размножения первичные половые клетки делятся митотически, вследствие чего образуются диплоидные сперматогонии. В период роста сперматогонии накапливают питательные вещества в цитоплазме, увеличиваются в размерах и превращаются в первичные сперматоциты, или сперматоциты 1-го порядка. Лишь после этого они вступают в мейоз (период созревания), в результате которого образуется сначала два вторичных сперматоцита, или сперматоцита 2-го порядка, а затем — четыре гаплоидных клетки с еще достаточно большим количеством цитоплазмы — сперматиды. В период формирования они утрачивают почти всю цитоплазму и формируют жгутик, превращаясь в сперматозоиды.

Сперматозоиды, или живчики, — очень мелкие подвижные мужские половые клетки, имеющие головку, шейку и хвостик.

В головке, кроме ядра, находится акросома — видоизмененный комплекс Гольджи, обеспечивающий растворение оболочек яйцеклетки в процессе оплодотворения. В шейке находятся центриоли клеточного центра, а основу хвостика образуют микротрубочки, непосредственно обеспечивающие движение сперматозоида. В нем также расположены митохондрии, обеспечивающие сперматозоид энергией АТФ для движения.

Овогенез (от греч. оон — яйцо и генезис — происхождение, возникновение) — это процесс образования зрелых женских половых клеток — яйцеклеток. У человека он происходит в яичниках и состоит из трех периодов: размножения, роста и созревания. Периоды размножения и роста, аналогичные таковым в сперматогенезе, происходят еще во время внутриутробного развития. При этом из первичных половых клеток в результате митоза образуются диплоидные оогонии, которые превращаются затем в диплоидные первичные ооциты, или ооциты 1-го порядка. Мейоз и последующий цитокинез, протекающие в период созревания, характеризуются неравномерностью деления цитоплазмы материнской клетки, так что в итоге сначала получается один вторичный ооцит, или ооцит 2-го порядка, и первое полярное тельце, а затем из вторичного ооцита — яйцеклетка, сохраняющая весь запас питательных веществ, и второе полярное тельце, тогда как первое полярное тельце делится на два. Полярные тельца забирают избыток генетического материала.

У человека яйцеклетки вырабатываются с промежутком 28–29 суток. Цикл, связанный с созреванием и выходом яйцеклеток, называется менструальным.

Яйцеклетка — крупная женская половая клетка, которая несет не только гаплоидный набор хромосом, но и значительный запас питательных веществ для последующего развития зародыша.

Яйцеклетка у млекопитающих покрыта четырьмя оболочками, снижающими вероятность ее повреждения различными факторами. Диаметр яйцеклетки у человека достигает 150–200 мкм, тогда как у страуса он может составлять несколько сантиметров.

Деление клетки — основа роста, развития и размножения организмов. Роль митоза и мейоза

Если у одноклеточных организмов деление клетки приводит к увеличению количества особей, т. е. размножению, то у многоклеточных этот процесс может иметь различное значение. Так, деление клеток зародыша, начиная с зиготы, является биологической основой взаимосвязанных процессов роста и развития. Подобные же изменения наблюдаются у человека в подростковом возрасте, когда число клеток не только увеличивается, но и происходит качественное изменение организма. В основе размножения многоклеточных организмов также лежит деление клетки, например при бесполом размножении благодаря этому процессу из части организма происходит восстановление целостного, а при половом — в процессе гаметогенеза образуются половые клетки, дающие впоследствии новый организм. Следует отметить, что основные способы деления эукариотической клетки — митоз и мейоз — имеют различное значение в жизненных циклах организмов.

В результате митоза происходит равномерное распределение наследственного материала между дочерними клетками — точными копиями материнской. Без митоза было бы невозможным существование и рост многоклеточных организмов, развивающихся из единственной клетки — зиготы, поскольку все клетки таких организмов должны содержать одинаковую генетическую информацию.

В процессе деления дочерние клетки становятся все более разнообразными по строению и выполняемым функциям, что связано с активацией у них все новых групп генов вследствие межклеточного взаимодействия. Таким образом, митоз необходим для развития организма.

Этот способ деления клеток необходим для процессов бесполого размножения и регенерации (восстановления) поврежденных тканей, а также органов.

Мейоз, в свою очередь, обеспечивает постоянство кариотипа при половом размножении, так как уменьшает вдвое набор хромосом перед половым размножением, который затем восстанавливается в результате оплодотворения. Кроме того, мейоз приводит к появлению новых комбинаций родительских генов благодаря кроссинговеру и случайному сочетанию хромосом в дочерних клетках. Благодаря этому потомство получается генетически разнообразным, что дает материал для естественного отбора и является материальной основой эволюции. Изменение числа, формы и размеров хромосом, с одной стороны, может привести к появлению различных отклонений в развитии организма и даже его гибели, а с другой — может привести к появлению особей, более приспособленных к среде обитания.

Таким образом, клетка является единицей роста, развития и размножения организмов.

Строение и функции глаза, анатомия глаза

Человек видит не глазами, а посредством глаз, откуда информация передается через зрительный нерв, хиазму, зрительные тракты в определенные области затылочных долей коры головного мозга, где формируется та картина внешнего мира, которую мы видим. Все эти органы и составляют наш зрительный анализатор или зрительную систему.

Наличие двух глаз позволяет сделать наше зрение стереоскопичным (то есть формировать трехмерное изображение). Правая сторона сетчатки каждого глаза передает через зрительный нерв «правую часть» изображения в правую сторону головного мозга, аналогично действует левая сторона сетчатки. Затем две части изображения — правую и левую — головной мозг соединяет воедино.

Так как каждый глаз воспринимает «свою» картинку, при нарушении совместного движения правого и левого глаз может быть расстроено бинокулярное зрение. Попросту говоря, у вас начнет двоиться в глазах или вы будете одновременно видеть две совсем разные картинки.

Основные функции глаза

оптическая система, проецирующая изображение;
система, воспринимающая и «кодирующая» полученную информацию для головного мозга;
«обслуживающая» система жизнеобеспечения.

Строение глаза

Глаз можно назвать сложным оптическим прибором. Его основная задача — «передать» правильное изображение зрительному нерву.

Роговица — прозрачная оболочка, покрывающая переднюю часть глаза. В ней отсутствуют кровеносные сосуды, она имеет большую преломляющую силу. Входит в оптическую систему глаза. Роговица граничит с непрозрачной внешней оболочкой глаза — склерой. См. строение роговицы.

Передняя камера глаза — это пространство между роговицей и радужкой. Она заполнена внутриглазной жидкостью.

Радужка — по форме похожа на круг с отверстием внутри (зрачком). Радужка состоит из мышц, при сокращении и расслаблении которых размеры зрачка меняются. Она входит в сосудистую оболочку глаза. Радужка отвечает за цвет глаз (если он голубой — значит, в ней мало пигментных клеток, если карий — много). Выполняет ту же функцию, что диафрагма в фотоаппарате, регулируя светопоток.

Зрачок — отверстие в радужке. Его размеры обычно зависят от уровня освещенности. Чем больше света, тем меньше зрачок.

Хрусталик — «естественная линза» глаза. Он прозрачен, эластичен — может менять свою форму, почти мгновенно «наводя фокус», за счет чего человек видит хорошо и вблизи, и вдали. Располагается в капсуле, удерживается ресничным пояском. Хрусталик, как и роговица, входит в оптическую систему глаза.

Стекловидное тело — гелеобразная прозрачная субстанция, расположенная в заднем отделе глаза. Стекловидное тело поддерживает форму глазного яблока, участвует во внутриглазном обмене веществ. Входит в оптическую систему глаза.

Сетчатка — состоит из фоторецепторов (они чувствительны к свету) и нервных клеток. Клетки-рецепторы, расположенные в сетчатке, делятся на два вида: колбочки и палочки. В этих клетках, вырабатывающих фермент родопсин, происходит преобразование энергии света (фотонов) в электрическую энергию нервной ткани, т. е. фотохимическая реакция.

Палочки обладают высокой светочувствительностью и позволяют видеть при плохом освещении, также они отвечают за периферическое зрение. Колбочки, наоборот, требуют для своей работы большего количества света, но именно они позволяют разглядеть мелкие детали (отвечают за центральное зрение), дают возможность различать цвета. Наибольшее скопление колбочек находится в центральной ямке (макуле), отвечающей за самую высокую остроту зрения. Сетчатка прилегает к сосудистой оболочке, но на многих участках неплотно. Именно здесь она и имеет тенденцию отслаиваться при различных заболеваниях сетчатки.

Склера — непрозрачная внешняя оболочка глазного яблока, переходящая в передней части глазного яблока в прозрачную роговицу. К склере крепятся 6 глазодвигательных мышц. В ней находится небольшое количество нервных окончаний и сосудов.

Сосудистая оболочка — выстилает задний отдел склеры, к ней прилегает сетчатка, с которой она тесно связана. Сосудистая оболочка ответственна за кровоснабжение внутриглазных структур. При заболеваниях сетчатки очень часто вовлекается в патологический процесс. В сосудистой оболочке нет нервных окончаний, поэтому при ее заболевании не возникают боли, обычно сигнализирующие о каких-либо неполадках.

Зрительный нерв — при помощи зрительного нерва сигналы от нервных окончаний передаются в головной мозг.

Полезно почитать

Общие вопросы о лечении в клинике

Органоиды клетки и их функции

Органоиды клетки, они же органеллы, представляют собой специализированные структуры собственно клетки, отвечающие за различные важные и жизненно необходимые функции. Почему же все-таки «органоиды»? Просто тут эти компоненты клетки сопоставляются с органами многоклеточного организма.

Также порой под органоидами понимается исключительно лишь постоянные структуры клетки, которые находятся в ее цитоплазме. По этой же причине ядро клетки и ее ядрышко не называют органоидами, равно как и не являются органоидами клеточная мембрана, реснички и жгутики. А вот к органоидам, входящим в состав клетки относятся: хромосомы, митохондрии, комплекс Гольджи, эндоплазматическая сеть, рибосомы, микротрубочки, микрофиламенты, лизосомы. По сути это и есть основные органоиды клетки.

Если речь идет о животных клетках, то в число их органоидов также входят центриоли и микрофибриллы. А вот в число органоидов растительной клетки еще входят только свойственные растениям пластиды. В целом состав органоидов в клетках может существенно отличатся в зависимости от вида самой клетки.

Рисунок строения клетки, включая ее органоиды.

Также в биологии существует такое явление как двумембраные органоиды клетки, к ним относятся митохондрии и пластиды. Ниже мы опишем свойственные им функции, впрочем, как всех других основных органоидов.

А теперь коротко опишем основные функции органоидов животной клетки. Итак:

В целом все органоиды являются важными, ведь они регулируют жизнедеятельность клетки.

И в завершение тематическое видео про органоиды клетки.

Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту [email protected] или в Фейсбук, с уважением автор.

У нас есть шесть частей тела, которые мы больше не используем. Зачем они были нужны?

26 января 2019

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Рудименты — отголоски эволюции

Эволюция прошла долгий путь, и процесс этот очень медленный.

Некоторые отличительные признаки организмов сохраняются на протяжении многих поколений даже после того, как соответствующий орган перестал выполнять отведенную ему функцию. Эти эволюционные остатки, или рудиментарные особенности, есть и у людей.

«Ваше тело — это, по сути, музей естествознания!» — написала в «Твиттере» эволюционный антрополог Дорса Амир.

Так почему же эти свойства или органы не пропадают, несмотря на то, что они, судя по всему, утратили свою функцию? Потому что эволюция — это постепенный процесс.

Автор фото, Getty Images

Иногда на них не оказывает достаточного давления естественный отбор, поэтому они переходят из поколения в поколение. В некоторых случаях рудиментарные органы развивают новые функции. Этот процесс называется экзаптацией.

Откуда мы вообще знаем, для чего эти органы или части тела изначально предназначались?

«Мы можем только предполагать, какова основная функция этих органов, — сказала Дорса Амир в интервью Би-би-си. — Мы можем выяснить, например, важны ли они для выживания, или посмотреть, есть ли они у ближайших к нам приматов и млекопитающих, и если да, то как они функционируют».

Вот шесть этих рудиментов.

1. Palmaris longus — мускул на запястье

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

С помощью этих мышц люди передвигались по деревьям

Проведем небольшой эксперимент: положите руку ладонью вверх на плоскую поверхность и соедините большой палец с мизинцем.

Видите бугорок, который появился у вас на запястье? Это Palmaris longus — длинная ладонная мышца.

Не волнуйтесь, если не увидите ее. Примерно у 18% людей ее вовсе нет, и это абсолютно ни на что не влияет. Прекрасный пример эволюционного рудимента.

Эта мышца присутствует у живущих в лесу или на деревьях приматов, таких как орангутанги, но есть не у всех приматов, обитающих на других территориях.

«Это свидетельствует о том, что эта мышца нужна, чтобы лазить по деревьям», — говорит Дорса. В наши дни практическое применение этой мышце нашли хирурги.

«Они используют ее в качестве материала при пластических операциях, поскольку сама по себе она не выполняет никакой функции, необходимой для движения рук», — говорит Дорса.

2. Бугорок Дарвина можно найти на верхней части уха

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Некоторые млекопитающие используют эти мышцы, чтобы определять местонахождение добычи и хищников

«Если вы можете шевелить ушами, вы демонстрируете эволюцию», — пишет Джерри Койн в своей книге «Почему эволюция — это правда».

Речь здесь идет о трех мышцах под кожей головы, которые прикреплены к ушам. Маленькая шишечка на верхней части уха — одна из этих мышц.

У большинства людей они уже не работают, но некоторые до сих пор могут использовать их, чтобы шевелить ушами.

Этот элемент был впервые в общих чертах описан Чарльзом Дарвином и поэтому называется бугорком Дарвина.

«Хотя по-прежнему идут споры о том, является ли сам бугорок рудиментарным, утверждается, что мышцы вокруг уха могут демонстрировать рудиментарность», — говорит Дорса.

Эти мышцы по-прежнему используются многими животными, например, кошками и лошадьми, чтобы двигать ушами, как отмечает Койн.

Это помогает им обнаруживать хищников, определять местонахождение своих детенышей и устанавливать, откуда идут различные звуки.

3. Копчик

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Копчик был нужен нашим предкам для мобильности и баланса

Как отмечает Дорса Амир, копчик — наиболее очевидный эволюционный пережиток.

«Это напоминание об утерянных нами хвостах, которые были нужны для баланса и передвижения по деревьям», — говорит Дорса.

Он является хорошим примером процесса экзаптации, упомянутого ранее, поскольку теперь служит местом крепежа для мышц.

Другие подобные причуды не совсем выжили в эволюционном процессе.

Дорса говорит: «Определенные черты, такие как перепончатая ткань между пальцами, обнаруживаются на ранних этапах утробного развития, но затем исчезают. Эта ткань обычно уничтожается лейкоцитами».

4. Plica semilunaris — третье веко

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Третье веко — это свернутая ткань во внутреннем углу глаза

Видите маленькую розовую подушечку во внутреннем углу глаза?

Это отголосок нашего эволюционного прошлого — наша перепончатая мембрана, или третье веко.

«Третье веко моргало бы горизонтально, — говорит Дорса. — У нас оно не функционирует». Но его все еще можно увидеть в действии в животном мире, например, у птиц и кошек.

5. The piloerection — «мурашки»

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Животные, такие как кошки, используют этот рефлекс, чтобы казаться крупнее

Вы видели, как у кошек шерсть встает дыбом, когда они напуганы?

Это очень похоже на то, как у нас появляются мурашки на коже, когда нам холодно или страшно.

Ученые называют это рефлексом пилоэрекции.

«Учитывая, что мы провели большую часть нашего времени на этой планете в виде покрытых шерстью млекопитающих, рефлекс пилоэрекции — это древний способ либо выглядеть крупнее, чем вы есть на самом деле, либо предотвращать потерю тепла, когда вам холодно», — говорит Дорса.

«Поскольку мы постепенно начали терять волосы на теле, этот рефлекс становился все менее и менее полезным, и теперь он уже не выполняет свою первоначальную функцию».

6. Palmar grasp reflex — хватательный рефлекс

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Хватательный рефлекс нужнен детенышам приматов для траспортировки

Хватательный рефлекс наблюдается, когда дети крепко сжимают палец взрослого. Этот рефлекс по-прежнему нужен детенышам приматов.

Они рождаются готовыми схватиться за мех родителя для транспортировки.

«Предполагается, что наш собственный хватательный рефлекс ладоней изначально был предназначен именно для этой цели», — добавляет Дорса.

«Но наши дети рождаются преждевременно по сравнению с другими приматами и не могут сами держать голову или двигаться».

Интересно, что у разных людей наблюдаются разные рудиментарные особенности.

«Эволюционные пережитки» варьируются и в разных регионах мира, причем вразброс. И измениться это может только со временем.

Статья 88. Требования к ограничению распространения пожара в зданиях, сооружениях, пожарных отсеках

(в ред. Федерального закона от 10.07.2012 N 117-ФЗ)

(см. текст в предыдущей редакции)

1. Части зданий, сооружений, пожарных отсеков, а также помещения различных классов функциональной пожарной опасности должны быть разделены между собой ограждающими конструкциями с нормируемыми пределами огнестойкости и классами конструктивной пожарной опасности или противопожарными преградами. Требования к таким ограждающим конструкциям и типам противопожарных преград устанавливаются с учетом классов функциональной пожарной опасности помещений, величины пожарной нагрузки, степени огнестойкости и класса конструктивной пожарной опасности здания, сооружения, пожарного отсека.(в ред. Федерального закона от 10.07.2012 N 117-ФЗ)

(см. текст в предыдущей редакции)

2. Пределы огнестойкости и типы строительных конструкций, выполняющих функции противопожарных преград, соответствующие им типы заполнения проемов и тамбур-шлюзов приведены в таблице 23 приложения к настоящему Федеральному закону.3. Пределы огнестойкости для соответствующих типов заполнения проемов в противопожарных преградах приведены в таблице 24 приложения к настоящему Федеральному закону.4. Требования к элементам тамбур-шлюзов различных типов приведены в таблице 25 приложения к настоящему Федеральному закону.

5. Противопожарные стены должны возводиться на всю высоту здания или сооружения либо до противопожарных перекрытий 1-го типа и обеспечивать нераспространение пожара в смежный пожарный отсек, в том числе при одностороннем обрушении конструкций здания или сооружения со стороны очага пожара.

(в ред. Федерального закона от 10.07.2012 N 117-ФЗ)

(см. текст в предыдущей редакции)

6. Места сопряжения противопожарных стен, перекрытий и перегородок с другими ограждающими конструкциями здания, сооружения, пожарного отсека должны иметь предел огнестойкости не менее предела огнестойкости сопрягаемых преград.

(в ред. Федерального закона от 10.07.2012 N 117-ФЗ)

(см. текст в предыдущей редакции)

7. Конструктивное исполнение мест сопряжения противопожарных стен с другими стенами зданий и сооружений должно исключать возможность распространения пожара в обход этих преград.

(в ред. Федерального закона от 10.07.2012 N 117-ФЗ)

(см. текст в предыдущей редакции)

8. Окна в противопожарных преградах должны быть неоткрывающимися, а противопожарные двери и ворота должны иметь устройства для самозакрывания. Противопожарные двери, ворота, шторы, люки и клапаны, которые могут эксплуатироваться в открытом положении, должны быть оборудованы устройствами, обеспечивающими их автоматическое закрывание при пожаре.

9. Общая площадь проемов в противопожарных преградах не должна превышать 25 процентов их площади.

10. В противопожарных преградах, отделяющих помещения категорий А и Б от помещений других категорий, коридоров, лестничных клеток и лифтовых холлов, должны быть предусмотрены тамбур-шлюзы с постоянным подпором воздуха. Устройство общих тамбур-шлюзов для двух и более смежных помещений категорий А и Б не допускается.

11. При невозможности устройства тамбур-шлюзов в противопожарных преградах, отделяющих помещения категорий А и Б от других помещений, или противопожарных дверей, ворот, штор, люков и клапанов в противопожарных преградах, отделяющих помещения категории В от других помещений, следует предусматривать комплекс мероприятий по предотвращению распространения пожара на смежные этажи и в смежные помещения.

12. В проемах противопожарных преград, которые не могут закрываться противопожарными дверями или воротами, для сообщения между смежными помещениями категории В или Г и помещениями категории Д должно быть предусмотрено устройство открытых тамбуров, оборудованных установками автоматического пожаротушения, или должны быть установлены вместо дверей и ворот противопожарные шторы, экраны. Ограждающие конструкции этих тамбуров должны быть противопожарными.

13. Противопожарные двери, ворота, люки и клапаны должны обеспечивать нормативное значение пределов огнестойкости этих конструкций. Противопожарные шторы и экраны должны выполняться из материалов группы горючести НГ.

14. Не допускается пересекать противопожарные стены и перекрытия 1-го типа каналами, шахтами и трубопроводами для транспортирования горючих газов, пылевоздушных смесей, жидкостей, иных веществ и материалов. В местах пересечения таких противопожарных преград каналами, шахтами и трубопроводами для транспортирования веществ и материалов, отличных от вышеуказанных, за исключением каналов систем противодымной защиты, следует предусматривать автоматические устройства, предотвращающие распространение продуктов горения по каналам, шахтам и трубопроводам.

15. Ограждающие конструкции лифтовых шахт расположенных вне лестничной клетки и помещений машинных отделений лифтов (кроме расположенных на кровле), а также каналов и шахт для прокладки коммуникаций должны соответствовать требованиям, предъявляемым к противопожарным перегородкам 1-го типа и перекрытиям 3-го типа. Предел огнестойкости ограждающих конструкций между шахтой лифта и машинным отделением лифта не нормируется.

16. Дверные проемы в ограждениях лифтовых шахт с выходами из них в коридоры и другие помещения, кроме лестничных клеток, должны защищаться противопожарными дверями с пределом огнестойкости не менее EI 30 или экранами из негорючих материалов с пределом огнестойкости не менее EI 45, автоматически закрывающими дверные проемы лифтовых шахт при пожаре, либо лифтовые шахты в зданиях и сооружениях должны отделяться от коридоров, лестничных клеток и других помещений тамбурами или холлами с противопожарными перегородками 1-го типа и перекрытиями 3-го типа.

(в ред. Федерального закона от 10.07.2012 N 117-ФЗ)

(см. текст в предыдущей редакции)

17. В зданиях и сооружениях высотой 28 метров и более шахты лифтов, не имеющие у выхода из них тамбур-шлюзов с избыточным давлением воздуха или лифтовых холлов с подпором воздуха при пожаре, должны быть оборудованы системой создания избыточного давления воздуха в шахте лифта.

(часть 17 в ред. Федерального закона от 10.07.2012 N 117-ФЗ)

(см. текст в предыдущей редакции)

18. Утратил силу. — Федеральный закон от 10.07.2012 N 117-ФЗ.

(см. текст в предыдущей редакции)

19. Объемно-планировочные решения и конструктивное исполнение лестниц и лестничных клеток должны обеспечивать безопасную эвакуацию людей из зданий, сооружений при пожаре и препятствовать распространению пожара между этажами.

(в ред. Федерального закона от 10.07.2012 N 117-ФЗ)

(см. текст в предыдущей редакции)

20. В подземных этажах зданий и сооружений вход в лифт должен осуществляться через тамбур-шлюзы 1-го типа с избыточным давлением воздуха при пожаре.

(в ред. Федерального закона от 10.07.2012 N 117-ФЗ)

(см. текст в предыдущей редакции)

Таблица: Основные системы органов — Руководства Merck для потребителей, версия

	Сосуды кровеносные (артерии, капилляры, вены)	Перекачивает кровь и распространяет ее по всему телу
		Добавляет кислород в кровь (и удаляет углекислый газ из крови)
	Нервы (как те, которые передают импульсы в мозг, так и те, которые передают импульсы от мозга к мышцам и органам)	Управляет преднамеренными (и многими автоматическими) действиями тела Разрешает мышление, самосознание и эмоции
	Кожа (как поверхность, которая обычно считается кожей, так и подлежащие структуры соединительной ткани, включая жир, железы и кровеносные сосуды)	Обеспечивает барьерную защиту между внутренней частью тела и внешней средой
		Обеспечивает структуру и позволяет телу двигаться
	Эритроциты, лейкоциты и тромбоциты Плазма (жидкая часть крови) Костный мозг (где вырабатываются клетки крови)	Транспортирует кислород и питательные вещества ко всем клеткам тела (и удаляет углекислый газ и продукты жизнедеятельности)
	Поджелудочная железа (часть, вырабатывающая ферменты)	Извлекает питательные вещества из пищевых продуктов Выводит из организма продукты жизнедеятельности
	Поджелудочная железа (часть, вырабатывающая инсулин и другие гормоны) Желудок (клетки, вырабатывающие гастрин)	Производит химические посланники, переносимые кровью, которые направляют деятельность различных систем органов.
		Фильтрует отходы из крови

Части человеческой клетки

Я помню, как был в Mr.Научный класс 7-го класса Фарнсворта, когда мы впервые , на самом деле начали изучать клетки. Его комната выглядела как типичная школьная лаборатория — высокие твердые столы с горелками Бунзена и газовыми форсунками, к которым никто не мог прикасаться, и шкаф, полный мертвых вещей, взвешенных в жидкости в банках. Больше всего в комнате мне нравился гигантский плакат с изображением Галактики Треугольник (я был, есть и всегда буду безвозвратно очарован космосом) на стене за его столом.

Но второй моей любимой вещью был плакат с изображением внутренней части камеры.Он висел на дальней правой стене, рядом с классной доской. Хотя изображение Треугольника было экспоненциально меньше реальной галактики, поэтому мы могли видеть его целиком, изображение ячейки было экспоненциально на больше по той же причине. Клетка была собственным миром, но вместо звезд, газов и темной материи были митохондрии, ядро и цитоплазма. Это мне говорит о том, что, когда вы подошли к делу, не было большой разницы между клеткой и галактикой.

Мой 7-й класс ум = взорван.

Клетки удивительны, маленькие вещи, и я имею в виду маленькие — клетки крошечные. При правильных условиях вы, , могли бы увидеть амебу протей или парамеций. Чтобы лучше понять размер клеток, в Учебном центре генетических наук Университета Юты есть забавная интерактивная шкала. Приготовьтесь удивляться.

Есть два типа клеток: прокариоты и эукариоты. Эукариоты содержат ядро, а прокариоты — нет.Вы, дорогой читатель, эукариотическое существо. Вы состоите из триллионов эукариотических клеток, которых насчитывается более 200 различных типов. Каждый тип эукариотических клеток специализируется на выполнении определенных функций. Например, костные клетки формируют и регенерируют кости. Когда-нибудь ломали кость? В течение нескольких дней клетки, называемые фибробластами, начинают откладывать костный матрикс.

Чтобы узнать больше о клетках, загляните в нашу бесплатную электронную книгу «Клетки человека»!

Клетки можно разделить на четыре группы: соматические, гаметные, зародышевые и стволовые.Соматические клетки — это все клетки в организме, которые не являются половыми клетками, например клетки крови, нейроны и остеоциты. Гаметы — это половые клетки, которые соединяются во время полового размножения. Половые клетки производят гаметы. Стволовые клетки (возможно, вы хорошо знакомы с этим термином, потому что он всегда попадает в заголовки) подобны клеткам с чистого листа, которые могут дифференцироваться в специализированные клетки и реплицироваться.

Генетическая информация в каждой клетке действует как своего рода инструкция, рассказывающая клетке, как функционировать и размножаться.

Почему бы нам не взглянуть на внутреннюю часть типичной клетки?

Типичная эукариотическая клетка

Изображение из A&P 6.

Плазматическая мембрана — это именно то, на что это похоже: мембрана из плазмы. Мембраны — это структуры, разделяющие вещи; в этом случае плазматическая мембрана клетки отделяет ее внутреннюю часть от окружающей среды вокруг клетки. Однако он не является непроницаемым, так как он избирательно позволяет определенным молекулам входить и выходить.

Органеллы — это структуры внутри плазматической мембраны.Каждая органелла выполняет особую функцию. Их называют органеллами, потому что они действуют как органы клетки.

Внутриклеточная жидкость или цитозоль — это жидкость, находящаяся внутри клетки. В то время как большая часть его состава состоит из воды, остальное не очень хорошо изучено. Когда-то он считался простым раствором молекул, но теперь он организован на множестве уровней.

Изображение из A&P 6.

Ядро — это большая органелла, которая содержит генетическую информацию клетки. У большинства клеток есть только одно ядро, но у некоторых их больше одного, а у других, например, зрелых красных кровяных телец, его вообще нет.Внутри ядра находится сферическое тело, известное как ядрышко, которое содержит кластеры белка, ДНК и РНК. Генетическая информация клетки закодирована в ДНК. Ядро служит для содержания ДНК и транскрипции РНК, которая выходит через поры в ядерной мембране.

Представляем: Органеллы

Хотя все части клетки важны, вот некоторые из наиболее узнаваемых.

Эндоплазматическая сеть

Помимо того, что это очень забавно, эндоплазматический ретикулум (ЭР) — это сеть заключенных в мембрану мешочков в клетке, которые упаковывают и транспортируют материалы для клеточного роста и других функций.Есть два типа ER: гладкая и грубая.

Изображение из A&P 6.

Комплекс Гольджи / Аппарат

Подобно ER, комплекс (или аппарат) Гольджи представляет собой органеллу, которая упаковывает белки и липиды в пузырьки для транспортировки.

Изображение из A&P 6.

Митохондрии

«Человек — это целый мир для митохондрии, точно так же, как наша планета для нас. Но мы гораздо больше зависим от митохондрий, чем земля от нас.Земля могла бы прекрасно обойтись без людей, но если что-нибудь случится с нашими митохондриями, мы умрем ». — Ветер в двери Мадлен Л’Энгль (1973)

Изображение из A&P 6.

Хотя концепция г-жи Л’Энгл о митохондриях была больше выдумкой, чем наукой (насколько я знаю, митохондрии не разговаривают!), Она открыла мне десятилетним детям глаза на чудеса нашего тела. До плаката сотовой связи мистера Фарнсворта была Time Trilogy .

Митохондрии могут насчитывать от сотен до тысяч, в зависимости от клетки. Они известны как «силовая установка» клетки, являясь основным источником энергии. Посредством аэробного дыхания митохондрии производят большую часть аденозинтрифосфата (АТФ) клетки. Активные клетки в мышцах, печени и почках имеют большое количество митохондрий для поддержания высоких метаболических потребностей.

Рибосомы либо свободно плавают в цитозоле, либо связаны с ЭР, либо располагаются на внешней поверхности ядерной мембраны.Рибосомы содержат более 50 белков и высокое содержание рибосомальной РНК. Их основная функция заключается в синтезе белков, которые затем используются органеллами внутри клетки, плазматической мембраной или даже структурами вне клетки.

Эти маленькие ребята похожи на мусорные баки клетки. Лизосомы содержат ферменты кислой гидролазы, которые расщепляют и переваривают макромолекулы, старые части клеток и микроорганизмы. Они происходят от комплекса Гольджи.

В ячейке больше структур и функций (например, намного больше, чем на ), чем указано здесь, но это сообщение на другой день!

Вы инструктор? У нас есть отмеченные наградами 3D-продукты и ресурсы для вашего курса анатомии и физиологии! Подробнее здесь.

3.2 Цитоплазма и клеточные органеллы — анатомия и физиология

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Описать структуру и функцию клеточных органелл, связанных с эндомембранной системой, включая эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи и лизосомы
Описать структуру и функцию митохондрий и пероксисом
Объясните три компонента цитоскелета, включая их состав и функции

Теперь, когда вы узнали, что клеточная мембрана окружает все клетки, вы можете погрузиться в прототип клетки человека, чтобы узнать о ее внутренних компонентах и их функциях.Все живые клетки в многоклеточных организмах содержат внутренний цитоплазматический компартмент и ядро внутри цитоплазмы. Цитозоль, желеобразное вещество внутри клетки, обеспечивает жидкую среду, необходимую для биохимических реакций. Эукариотические клетки, включая все клетки животных, также содержат различные клеточные органеллы. Органелла («маленький орган») — это один из нескольких различных типов мембранных тел в клетке, каждое из которых выполняет уникальную функцию. Подобно тому, как различные органы тела работают вместе в гармонии, выполняя все функции человека, множество различных клеточных органелл работают вместе, чтобы поддерживать здоровье клетки и выполнять все ее важные функции.Органеллы и цитозоль вместе составляют цитоплазму клетки. Ядро — это центральная органелла клетки, содержащая ДНК клетки (рис. 3.13).

Рис. 3.13. Прототипная клетка человека. Хотя это изображение не указывает на какую-либо конкретную человеческую клетку, это прототип клетки, содержащей первичные органеллы и внутренние структуры.

Органеллы эндомембранной системы

Набор из трех основных органелл вместе формирует внутри клетки систему, называемую эндомембранной системой.Эти органеллы работают вместе для выполнения различных клеточных задач, включая задачу производства, упаковки и экспорта определенных клеточных продуктов. Органеллы эндомембранной системы включают эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи и везикулы.

Эндоплазматическая сеть

Эндоплазматический ретикулум (ЭР) представляет собой систему каналов, которая является продолжением ядерной мембраны (или «оболочки»), покрывающей ядро, и состоит из того же материала липидного бислоя. ER можно рассматривать как серию извилистых магистралей, похожих на водные каналы Венеции.ER обеспечивает проходы через большую часть клетки, которые функционируют при транспортировке, синтезе и хранении материалов. Обмоточная структура ER приводит к большой площади мембранной поверхности, которая поддерживает его многие функции (рис. 3.14).

Рис. 3.14 Эндоплазматический ретикулум (ЭР) (а) ЭР представляет собой извилистую сеть тонких мембранных мешочков, находящихся в тесной связи с ядром клетки. Гладкая и шероховатая эндоплазматическая сеть очень различаются по внешнему виду и функциям (источник: ткань мыши).(b) Rough ER усеяна многочисленными рибосомами, которые являются участками синтеза белка (источник: ткань мыши). EM × 110000. (c) Smooth ER синтезирует фосфолипиды, стероидные гормоны, регулирует концентрацию клеточного Ca ⁺⁺, ^{метаболизирует некоторые углеводы и расщепляет определенные токсины (источник: ткань мыши). EM × 110 510. (Микрофотографии предоставлены Медицинской школой Риджентс Мичиганского университета © 2012)}

Эндоплазматический ретикулум может существовать в двух формах: грубая ER и гладкая ER.Эти два типа ER выполняют очень разные функции и могут быть найдены в очень разных количествах в зависимости от типа клетки. Грубый ER (RER) называется так, потому что его мембрана усеяна встроенными гранулами — органеллами, называемыми рибосомами, что придает RER неровный вид. Рибосома — это органелла, которая служит местом синтеза белка. Он состоит из двух субъединиц рибосомной РНК, которые оборачиваются вокруг мРНК, чтобы запустить процесс трансляции, за которым следует синтез белка. В гладком ER (SER) эти рибосомы отсутствуют.

Одна из основных функций гладкого ER — синтез липидов. Гладкий ER синтезирует фосфолипиды, основной компонент биологических мембран, а также стероидные гормоны. По этой причине клетки, вырабатывающие большие количества таких гормонов, такие как клетки женских яичников и мужских семенников, содержат большое количество гладкого ЭПР. В дополнение к синтезу липидов гладкий ER также секвестрирует (то есть хранит) и регулирует концентрацию клеточного Ca ⁺⁺, функцию, чрезвычайно важную в клетках нервной системы, где Ca ⁺⁺ является триггером высвобождения нейромедиатора. .Гладкий ER дополнительно метаболизирует некоторые углеводы и выполняет роль детоксикации, расщепляя определенные токсины.

В отличие от гладкого ER, основная работа грубого ER — это синтез и модификация белков, предназначенных для клеточной мембраны или для экспорта из клетки. Для этого синтеза белка многие рибосомы прикрепляются к ER (придавая ему вид грубого ER). Как правило, белок синтезируется внутри рибосомы и высвобождается внутри канала грубого ER, где к нему могут быть добавлены сахара (посредством процесса, называемого гликозилированием), прежде чем он будет транспортирован внутри везикулы на следующий этап процесса упаковки и транспортировки. : аппарат Гольджи.

Аппарат Гольджи

Аппарат Гольджи отвечает за сортировку, модификацию и отгрузку продуктов, поступающих из неотложной неотложной помощи, во многом как почтовое отделение. Аппарат Гольджи выглядит как сложенные стопкой плоские диски, почти как стопки блинов странной формы. Как и ER, эти диски являются перепончатыми. У аппарата Гольджи есть две разные стороны, каждая из которых играет свою роль. Одна сторона аппарата принимает продукты в виде пузырьков. Эти продукты сортируются через аппарат, а затем они выпускаются с противоположной стороны после переупаковки в новые пузырьки.Если продукт должен быть экспортирован из клетки, везикула мигрирует на поверхность клетки и сливается с клеточной мембраной, и груз секретируется (рис. 3.15).

Рис. 3.15. Аппарат Гольджи (а) Аппарат Гольджи управляет продуктами грубого ER, а также производит новые органеллы, называемые лизосомами. Белки и другие продукты ER отправляются в аппарат Гольджи, который организует, модифицирует, упаковывает и маркирует их. Некоторые из этих продуктов транспортируются в другие области клетки, а некоторые выводятся из клетки посредством экзоцитоза.Ферментативные белки упаковываются как новые лизосомы (или упаковываются и отправляются для слияния с существующими лизосомами). (б) Электронная микрофотография аппарата Гольджи.

Лизосомы

Некоторые из белковых продуктов, упаковываемых аппаратом Гольджи, содержат пищеварительные ферменты, которые должны оставаться внутри клетки для использования при расщеплении определенных материалов. Везикулы, содержащие ферменты, высвобождаемые Гольджи, могут образовывать новые лизосомы или сливаться с существующими лизосомами. Лизосома — это органелла, содержащая ферменты, которые расщепляют и переваривают ненужные клеточные компоненты, такие как поврежденная органелла.(Лизосома похожа на разрушительную бригаду, которая сносит старые и ненадежные здания по соседству.) Аутофагия («самопоедание») — это процесс переваривания клеткой собственных структур. Лизосомы также важны для расщепления инородного материала. Например, когда определенные клетки иммунной защиты (белые кровяные тельца) фагоцитируют бактерии, бактериальная клетка транспортируется в лизосому и переваривается находящимися внутри ферментами. Как можно догадаться, такие клетки фагоцитарной защиты содержат большое количество лизосом.

При определенных обстоятельствах лизосомы выполняют более грандиозную и ужасную функцию. В случае поврежденных или нездоровых клеток лизосомы могут открыться и высвободить свои пищеварительные ферменты в цитоплазму клетки, убивая клетку. Этот механизм «самоуничтожения» называется автолизом и контролирует процесс гибели клеток (механизм, называемый «апоптоз»).

Интерактивная ссылка

Посмотрите это видео, чтобы узнать о эндомембранной системе, которая включает грубую и гладкую ER и тело Гольджи, а также лизосомы и везикулы.Какова основная роль эндомембранной системы?

Органеллы для производства энергии и детоксикации

Помимо функций, выполняемых эндомембранной системой, клетка выполняет множество других важных функций. Подобно тому, как вы должны потреблять питательные вещества, чтобы обеспечить себя энергией, каждая из ваших клеток должна принимать питательные вещества, некоторые из которых превращаются в химическую энергию, которая может использоваться для поддержания биохимических реакций. Еще одна важная функция клетки — детоксикация.Люди поглощают всевозможные токсины из окружающей среды, а также производят вредные химические вещества в качестве побочных продуктов клеточных процессов. Клетки печени, называемые гепатоцитами, выводят многие из этих токсинов.

Митохондрии

Митохондрия (множественное число = митохондрии) — это мембранная бобовидная органелла, которая является «преобразователем энергии» клетки. Митохондрии состоят из внешней двухслойной липидной мембраны, а также дополнительной внутренней двухслойной липидной мембраны (рис. 3.16). Внутренняя мембрана сильно сложена в извилистые структуры с большой площадью поверхности, называемые кристами.Именно вдоль этой внутренней мембраны ряд белков, ферментов и других молекул выполняет биохимические реакции клеточного дыхания. Эти реакции преобразуют энергию, хранящуюся в молекулах питательных веществ (таких как глюкоза), в аденозинтрифосфат (АТФ), который обеспечивает клетку полезной клеточной энергией. Клетки постоянно используют АТФ, поэтому митохондрии постоянно работают. Молекулы кислорода необходимы во время клеточного дыхания, поэтому вы должны постоянно вдыхать их. Одной из систем организма, которая использует огромное количество АТФ, является мышечная система, потому что АТФ требуется для поддержания мышечного сокращения.В результате мышечные клетки заполнены митохондриями. Нервным клеткам также требуется большое количество АТФ для работы натриево-калиевых насосов. Следовательно, отдельный нейрон будет загружен более чем тысячей митохондрий. С другой стороны, костная клетка, которая не так метаболически активна, может иметь всего пару сотен митохондрий.

Рис. 3.16. Митохондрии Митохондрии — это фабрики преобразования энергии клетки. (а) Митохондрия состоит из двух отдельных двухслойных липидных мембран.Вдоль внутренней мембраны расположены различные молекулы, которые вместе производят АТФ, главную энергетическую валюту клетки. (б) Электронная микрофотография митохондрий. EM × 236000. (Микрофотография предоставлена Медицинской школой Риджентс Мичиганского университета © 2012)

Пероксисомы

Как и лизосомы, пероксисома представляет собой мембраносвязанную клеточную органеллу, которая в основном содержит ферменты (рис. 3.17). Пероксисомы выполняют несколько различных функций, включая метаболизм липидов и химическую детоксикацию.В отличие от пищеварительных ферментов, содержащихся в лизосомах, ферменты в пероксисомах служат для переноса атомов водорода от различных молекул к кислороду, производя перекись водорода (H ₂ O ₂). Таким образом, пероксисомы нейтрализуют яды, такие как алкоголь. Чтобы понять важность пероксисом, необходимо понять концепцию активных форм кислорода.

Рис. 3.17. Пероксисомы Пероксисомы — это мембраносвязанные органеллы, которые содержат множество ферментов для детоксикации вредных веществ и метаболизма липидов.

Активные формы кислорода (АФК), такие как пероксиды и свободные радикалы, являются высокореактивными продуктами многих нормальных клеточных процессов, включая митохондриальные реакции, которые производят АТФ и метаболизм кислорода. Примеры ROS включают гидроксильный радикал ОН, H ₂ O ₂ и супероксид (O2-O2-). Некоторые АФК важны для определенных клеточных функций, таких как клеточные сигнальные процессы и иммунные ответы против чужеродных веществ. Свободные радикалы реактивны, потому что они содержат свободные неспаренные электроны; они могут легко окислять другие молекулы по всей клетке, вызывая клеточное повреждение и даже гибель клетки.Считается, что свободные радикалы играют роль во многих деструктивных процессах в организме, от рака до ишемической болезни сердца.

Пероксисомы, с другой стороны, контролируют реакции, которые нейтрализуют свободные радикалы. Пероксисомы производят большое количество токсичного H ₂ O ₂ в процессе, но пероксисомы содержат ферменты, которые превращают H ₂ O ₂ в воду и кислород. Эти побочные продукты безопасно попадают в цитоплазму. Подобно миниатюрным установкам для очистки сточных вод, пероксисомы нейтрализуют вредные токсины, чтобы они не наносили вред клеткам.Печень — это орган, который в первую очередь отвечает за детоксикацию крови до того, как она разовьется по телу, а клетки печени содержат исключительно большое количество пероксисом.

Защитные механизмы, такие как детоксикация внутри пероксисомы и некоторых клеточных антиоксидантов, служат для нейтрализации многих из этих молекул. Некоторые витамины и другие вещества, содержащиеся в основном во фруктах и овощах, обладают антиоксидантными свойствами. Антиоксиданты действуют, окисляясь сами, останавливая каскады деструктивных реакций, инициируемых свободными радикалами.Однако иногда АФК накапливаются за пределами возможностей такой защиты.

Окислительный стресс — это термин, используемый для описания повреждения клеточных компонентов, вызванного ROS. Из-за своих характерных неспаренных электронов АФК могут запускать цепные реакции, в которых они удаляют электроны из других молекул, которые затем становятся окисленными и реакционноспособными, и делают то же самое с другими молекулами, вызывая цепную реакцию. АФК могут вызвать необратимое повреждение клеточных липидов, белков, углеводов и нуклеиновых кислот.Поврежденная ДНК может привести к генетическим мутациям и даже к раку. Мутация — это изменение нуклеотидной последовательности в гене в ДНК клетки, потенциально изменяющее белок, кодируемый этим геном. Другие заболевания, которые, как считается, вызываются или обостряются ROS, включают болезнь Альцгеймера, сердечно-сосудистые заболевания, диабет, болезнь Паркинсона, артрит, болезнь Хантингтона и шизофрению, среди многих других. Примечательно, что эти заболевания во многом связаны с возрастом. Многие ученые считают, что окислительный стресс является одним из основных факторов старения.

Старение и …

Клетка: теория свободных радикалов

Теория свободных радикалов о старении была первоначально предложена в 1950-х годах и до сих пор остается предметом дискуссий. Вообще говоря, теория старения со свободными радикалами предполагает, что накопленное повреждение клеток в результате окислительного стресса способствует физиологическим и анатомическим эффектам старения. Есть две существенно разные версии этой теории: одна утверждает, что сам процесс старения является результатом окислительного повреждения, а другая утверждает, что окислительное повреждение вызывает возрастные заболевания и расстройства.Последняя версия теории более широко принята, чем первая. Однако многие данные свидетельствуют о том, что окислительное повреждение действительно способствует процессу старения. Исследования показали, что уменьшение окислительного повреждения может привести к увеличению продолжительности жизни некоторых организмов, таких как дрожжи, черви и плодовые мухи. И наоборот, усиление окислительного повреждения может сократить продолжительность жизни мышей и червей. Интересно, что манипуляция, называемая ограничением калорий (умеренное ограничение потребления калорий), как было показано, увеличивает продолжительность жизни у некоторых лабораторных животных.Считается, что это увеличение, по крайней мере, частично связано с уменьшением окислительного стресса. Однако долгосрочное исследование приматов с ограничением калорийности не показало увеличения их продолжительности жизни. Потребуется множество дополнительных исследований, чтобы лучше понять связь между активными формами кислорода и старением.

Цитоскелет

Так же, как костный скелет структурно поддерживает человеческое тело, цитоскелет помогает клеткам сохранять свою структурную целостность.Цитоскелет — это группа волокнистых белков, которые обеспечивают структурную поддержку клеток, но это только одна из функций цитоскелета. Компоненты цитоскелета также имеют решающее значение для подвижности клеток, воспроизводства клеток и транспортировки веществ внутри клетки.

Цитоскелет образует сложную нитевидную сеть по всей клетке, состоящую из трех различных видов волокон на основе белков: микрофиламентов, промежуточных волокон и микротрубочек (рис. 3.18).Самая толстая из трех — микротрубочка, структурная нить, состоящая из субъединиц белка, называемого тубулином. Микротрубочки поддерживают форму и структуру клеток, помогают сопротивляться сжатию клетки и играют роль в расположении органелл внутри клетки. Микротрубочки также составляют два типа клеточных придатков, важных для движения: реснички и жгутики. Реснички находятся на многих клетках тела, включая эпителиальные клетки, выстилающие дыхательные пути дыхательной системы. Реснички движутся ритмично; они постоянно бьются, перемещая отходы, такие как пыль, слизь и бактерии, вверх по дыхательным путям, от легких к рту.Удары ресничек клеток в женских фаллопиевых трубах перемещают яйцеклетки из яичника в матку. Жгутик (множественное число = жгутик) — это придаток больше реснички и специализированный для передвижения клеток. Единственная жгутиковая клетка у человека — это сперматозоид, который должен продвигаться к женским яйцеклеткам.

Рис. 3.18 Три компонента цитоскелета Цитоскелет состоит из (а) микротрубочек, (б) микрофиламентов и (в) промежуточных филаментов. Цитоскелет играет важную роль в поддержании формы и структуры клеток, стимулировании клеточного движения и содействии делению клеток.

Очень важная функция микротрубочек — устанавливать пути (что-то вроде железнодорожных путей), по которым можно тянуть генетический материал (процесс, требующий АТФ) во время деления клетки, чтобы каждая новая дочерняя клетка получала соответствующий набор хромосом. Две короткие идентичные структуры микротрубочек, называемые центриолями, находятся рядом с ядром клеток. Центриоль может служить точкой клеточного происхождения для микротрубочек, выходящих наружу в виде ресничек или жгутиков, или может способствовать разделению ДНК во время деления клетки.Микротрубочки вырастают из центриолей, добавляя больше субъединиц тубулина, например добавляя дополнительные звенья в цепь.

В отличие от микротрубочек, микрофиламент представляет собой более тонкий тип филаментов цитоскелета (см. Рис. 3.18 b ). Актин, белок, образующий цепи, является основным компонентом этих микрофиламентов. Волокна актина, скрученные цепочки актиновых нитей, составляют значительный компонент мышечной ткани и, наряду с белком миозином, ответственны за сокращение мышц.Как и микротрубочки, актиновые филаменты представляют собой длинные цепи из отдельных субъединиц (называемых субъединицами актина). В мышечных клетках эти длинные актиновые нити, называемые тонкими нитями, «притягиваются» толстыми нитями миозинового белка, чтобы сократить клетку.

Актин также играет важную роль во время деления клеток. Когда клетка собирается разделиться пополам во время деления клетки, филаменты актина работают с миозином, создавая борозду расщепления, которая в конечном итоге разделяет клетку посередине, образуя две новые клетки из исходной клетки.

Последний филамент цитоскелета — это промежуточный филамент. Как следует из названия, промежуточная нить — это нить, промежуточная по толщине между микротрубочками и микрофиламентами (см. Рис. 3.18 c ). Промежуточные волокна состоят из длинных волокнистых субъединиц белка, называемого кератином, которые намотаны вместе, как нити, составляющие веревку. Промежуточные филаменты вместе с микротрубочками важны для поддержания формы и структуры клеток.В отличие от микротрубочек, которые сопротивляются сжатию, промежуточные филаменты сопротивляются растяжению — силам, разрывающим клетки. Во многих случаях клетки склонны к растяжению, например, когда эпителиальные клетки кожи сжимаются, растягивая их в разных направлениях. Промежуточные филаменты помогают закрепить органеллы вместе внутри клетки, а также связывать клетки с другими клетками, образуя специальные межклеточные соединения.

Клеточные органеллы — Структура и функции с помеченной диаграммой

Главная страница »Клеточная биология» Клеточные органеллы — Структура и функции с помеченной диаграммой

Определение клеточных органелл

Клеточная органелла — это специализированный объект, присутствующий внутри определенного типа клетки, который выполняет определенную функцию.
Существуют различные клеточные органеллы, некоторые из них распространены в большинстве типов клеток, таких как клеточные мембраны, ядра и цитоплазма. Однако некоторые органеллы специфичны для одного конкретного типа клеточно-подобных пластид и клеточных стенок в растительных клетках.

Изображение создано с помощью biorender.com

Плазматическая мембрана состоит из липидов и белков, состав которых может колебаться в зависимости от текучести, внешней среды и различных стадий развития клетки.

Структура

Структурно он состоит из фосфолипидного бислоя и двух типов белков, а именно. встроенные белки и периферические белки, которые обеспечивают форму и позволяют частицам перемещаться внутрь и из клетки.
Самый распространенный липид, который присутствует в клеточной мембране, — это фосфолипид, который содержит полярную головную группу, присоединенную к двум гидрофобным хвостам жирных кислот.
Встроенные белки действуют как каналы для переноса частиц через клетку, а некоторые белки действуют как рецепторы для связывания различных компонентов.
Периферические белки обеспечивают текучесть, а также механическую поддержку структуры клетки.

Функции

Клеточная мембрана обеспечивает механическую поддержку, которая регулирует форму клетки, ограждая клетку и ее компоненты от внешней среды.
Он регулирует то, что может входить в клетку и выходить из нее через каналы, действуя как полупроницаемая мембрана, которая облегчает обмен основных соединений, необходимых для выживания клетки.
Он генерирует и распределяет сигналы внутри и вне клетки для правильного функционирования клетки и всех органелл.
Он обеспечивает взаимодействие между клетками, необходимое во время формирования ткани и слияния клеток.

Дополнительным неживым слоем, присутствующим вне клеточной мембраны в некоторых клетках, который обеспечивает структуру, защиту и механизм фильтрации клетке, является клеточная стенка.

Структура

В клетке растения клеточная стенка состоит из целлюлозы, гемицеллюлозы и белков, а в клетке грибов — из хитина.
Клеточная стенка многослойна со средней пластиной, первичной клеточной стенкой и вторичной клеточной стенкой.
Средняя пластинка содержит полисахариды, которые обеспечивают адгезию и позволяют клеткам связываться друг с другом.
После средней пластинки находится первичная клеточная стенка, состоящая из целлюлозы. Последний слой, который присутствует не всегда, представляет собой вторичную клеточную стенку из целлюлозы и гемицеллюлозы.

Функции

Важнейшая функция клеточной стенки — защита и поддержание формы клетки.Это также помогает клетке выдерживать тургорное давление клетки.
Он инициирует деление клетки, передавая ей сигналы, и позволяет одним молекулам проникать в клетку, блокируя другие.

Центриоли — это трубчатые структуры, которые в основном встречаются в эукариотических клетках и состоят в основном из белкового тубулина.

Структура

Центриоль состоит из цилиндрической структуры, состоящей из девяти триплетов микротрубочек, которые окружают периферию центриоли, в то время как центр имеет Y-образный линкер и бочкообразную структуру, которая стабилизирует центриоль.
Другая структура, называемая колесом тележки, присутствует в центриоле, которая состоит из центральной ступицы с девятью спицами / нитями, расходящимися от нее. Каждая из этих нитей / спиц соединена с микротрубочками через булавочную головку.

Функции

Во время деления клеток центриоли играют решающую роль в формировании волокон веретена, которые способствуют перемещению хроматид к их соответствующим сторонам.
Они участвуют в образовании ресничек и жгутиков.

Реснички и жгутики — это крошечные волосовидные выступы клетки, состоящие из микротрубочек и покрытые плазматической мембраной.

Структура

Реснички представляют собой волосовидные выступы, которые имеют расположение микротрубочек 9 + 2 с радиальным рисунком из 9 внешних дублетов микротрубочек, которые окружают две синглетные микротрубочки. Это устройство прикреплено к низу с помощью прикорневого тела.
Жгутики — нитчатые органеллы, строение которых различно у прокариот и эукариот.
У прокариот он состоит из белка, называемого флагеллином, который спирально обернут, образуя полую структуру в центре по всей длине.
Однако у эукариот белок отсутствует, а структура заменена микротрубочками.

Функции

Самая важная роль ресничек и жгутиков — движение. Они отвечают за движение организмов, а также за движение различных частиц, присутствующих вокруг организмов.
Некоторые реснички, присутствующие в определенных органах, могут выполнять функцию чувств. Примером может служить ресничка в кровеносных сосудах, которая помогает контролировать кровоток.

Хлоропласт — это тип пластика, который участвует в фотосинтезе растений и водорослей.
Хлоропласт содержит важный пигмент под названием хлорофилл, необходимый для улавливания солнечного света для производства глюкозы.

Структура

Это двухмембранная структура с собственной ДНК, унаследованной от предыдущего хлоропласта.
Обычно они имеют форму линзы, а их количество и форма меняются в зависимости от клеток. У них есть внешняя мембрана, внутренняя мембрана и тилакоидная мембрана, которая окружает гелеобразный матрикс, называемый стромой.
Наружная и внутренняя мембраны пористые и позволяют транспортировать материалы, в то время как строма содержит ДНК, рибосомы хлоропластов, белки и гранулы крахмала.

Функции

Хлоропласт является основным центром светозависимых и светонезависимых реакций во время фотосинтеза.
Различные белки, присутствующие в хлорофилле, участвуют в регуляции фотодыхания.

Цитоплазма относится ко всему, что находится внутри клетки, кроме ядра.

Структура

Цитоплазма состоит из цитозоля; гелеобразное вещество, содержащее другие вещества; клеточные органеллы; более мелкие клеткообразные тела, связанные отдельными мембранами; и цитоплазматические включения; нерастворимые молекулы, которые хранят энергию и не окружены каким-либо слоем.
Цитоплазма бесцветна и содержит около 80% воды вместе с различными питательными веществами, необходимыми для клетки.
Известно, что он обладает свойствами как вязкого, так и упругого вещества. Благодаря своей эластичности цитоплазма способствует перемещению материалов внутри клетки посредством процесса, называемого потоком цитоплазмы.

Функции

Большинство жизненно важных клеточных и ферментативных реакций, таких как клеточное дыхание и трансляция мРНК в белки, происходят в цитоплазме.
Он действует как буфер и защищает генетический материал, а также другие органеллы от повреждения из-за столкновения или изменения pH цитозоля.
Процесс, называемый потоком цитоплазмы, помогает в распределении различных питательных веществ и облегчает движение клеточных органелл внутри клетки.

В цитозоле присутствует ряд волокнистых структур, которые помогают придавать форму клетке, поддерживая клеточный транспорт.

Структура

Цитоскелет составляют три различных класса волокон: микротрубочки, микрофиламенты и промежуточные волокна.
Они разделены на основе присутствующего в них белка.

Функции

Важнейшая функция цитоскелета — обеспечивать форму и механическую поддержку клетки от деформации.
Позволяет расширяться и сжиматься клетке, что способствует ее движению.
Он также участвует во внутриклеточном и внеклеточном транспорте материалов.

Эндоплазматический ретикулум (ER) присутствует как соединение канальцев, которые связаны с ядерной мембраной в эукариотических клетках.
Существует два типа ER в зависимости от наличия или отсутствия на них рибосом:
- Rough ER (RER) с рибосомами, прикрепленными к цитозольной поверхности Endoplasmic Reticulum и, таким образом, участвует в синтезе белка
- Smooth ER (SER), в котором отсутствуют рибосомы и который выполняет функцию во время синтеза липидов.

Структура

Эндоплазматическая сеть существует в трех формах, а именно. цистерны, пузырьки и канальцы.
Цистерны представляют собой мешковидные уплощенные неразветвленные структуры, которые остаются сложенными одна на другую.
Пузырьки — это сферические структуры, несущие белки по всей клетке.
Трубочки — это трубчатые разветвленные структуры, образующие соединение между цистернами и пузырьками.

Функции

ER содержит множество ферментов, необходимых для нескольких метаболических процессов, а поверхность ER необходима для других операций, таких как диффузия, осмос и активный транспорт.
Одна из важнейших функций ER — синтез липидов, таких как холестерин и стероиды.
Rough ER позволяет модифицировать полипептиды, выходящие из рибосом, для получения вторичных и третичных структур белка.
ER также синтезирует различные мембранные белки и играет решающую роль в подготовке ядерной оболочки после деления клетки.

Эндосомы

Эндосомы представляют собой мембранные компартменты внутри клетки, происходящие из сети Гольджи

Структура

Существуют различные типы эндосом в зависимости от морфологии и времени, необходимого для того, чтобы эндоцитированные материалы достигли их.
Ранние эндосомы состоят из трубчато-везикулярной сети, тогда как поздние эндосомы не имеют канальцев, но содержат много плотно упакованных внутрипросветных пузырьков. Рециркулирующие эндосомы обнаруживаются с микротрубочками и в основном состоят из трубчатых структур.

Функции

Эндосомы позволяют сортировать и доставлять интернализованные материалы с поверхности клетки и транспортировать материалы к Гольджи или лизосомам.

Аппарат Гольджи — это клеточная органелла, в основном присутствующая в эукариотических клетках, которая отвечает за упаковку макромолекул в везикулы, чтобы их можно было отправить к месту их действия.

Структура

Структура комплекса Гольджи плеоморфна; однако он обычно существует в трех формах: цистерны, пузырьки и канальцы.
Цистерны, которые являются наименьшей единицей комплекса Гольджи, имеют уплощенную мешковидную структуру, которая собрана в пучки параллельно.
Трубочки представляют собой трубчатые и разветвленные структуры, исходящие от цистерн и окончатые по периферии.
Везикулы — это сферические тела, которые делятся на три группы: переходные везикулы, секреторные везикулы и везикулы, покрытые клатрином.

Функции

Комплекс Гольджи имеет важное назначение — направлять белки и липиды к месту их назначения и, таким образом, действовать как «дорожная полиция» клетки.
Они участвуют в экзоцитозе различных продуктов и белков, таких как зимоген, слизь, лактопротеин и части гормона щитовидной железы.
Комплекс Гольджи участвует в синтезе других клеточных органелл, таких как клеточная мембрана, лизоцимы и другие.
Они также участвуют в сульфатировании различных молекул.

Промежуточные волокна

Третий класс филаментов, составляющих цитоскелет, — это промежуточные филаменты.
Они обозначаются на промежуточных филаментах из-за промежуточного диаметра филаментов по сравнению с микрофиламентами и белками миозина.

Структура

Промежуточные филаменты содержат семейство родственных белков.
Отдельные нити намотаны друг на друга спиральной структурой, называемой структурой спиральной катушки.

Функции

Промежуточные филаменты способствуют структурной целостности клетки, играя решающую роль в удерживании тканей различных органов, таких как кожа.

лизоцим

Лизоцимы представляют собой мембраносвязанные органеллы, которые встречаются в цитоплазме клеток животных.
Эти органеллы содержат набор гидролитических ферментов, необходимых для разложения различных макромолекул.
Есть два типа лизоцимов:
- Первичные лизосомы, содержащие гидролитические ферменты, такие как липазы, амилазы, протеазы и нуклеазы.
- Вторичный лизоцим, образованный слиянием первичных лизоцимов, содержащих поглощенные молекулы или органеллы.

Структура

Форма лизоцимов неправильная или плеоморфная; однако чаще всего они имеют сферическую или зернистую структуру.
Лизоцимы окружены лизосомальной мембраной, которая содержит ферменты внутри лизосомы и защищает цитозоль вместе с остальной частью клетки от вредного действия ферментов.

Функции

Эти органеллы отвечают за внутриклеточное пищеварение, при котором более крупные макромолекулы расщепляются на более мелкие молекулы с помощью присутствующих в них ферментов.
Лизоцимы также выполняют важную функцию автолиза нежелательных органелл в цитоплазме.
Помимо этого, лизосома участвует в различных клеточных процессах, включая секрецию, восстановление плазматической мембраны, передачу клеточных сигналов и энергетический метаболизм.

Микрофиламенты — это часть цитоскелета клетки, состоящая из белка актина в виде параллельных полимеров.
Это мельчайшие филаменты цитоскелета с высокой жесткостью и гибкостью, обеспечивающие прочность и движение клетки.

Структура

Нити присутствуют либо в виде сшитых образующих сетей, либо в виде пучков. Цепи белка остаются скрученными друг вокруг друга по спирали.
Один из полярных концов нити накала положительно заряжен и имеет зазубрины, а другой конец отрицательно заряжен и заострен.

Функции

Он создает силу для структуры и движения клетки в сочетании с белком миозина.
Они помогают в делении клеток и участвуют в продуктах различных проекций клеточной поверхности.

Микротрубочки также являются частью цитоскелета, в отличие от микрофиламентов присутствием белка тубулина

Структура

Это длинная полая трубчатая конструкция с отбортовкой и диаметром около 24 нм.
Стенка микротрубочек состоит из глобулярных субъединиц, присутствующих в спиральном массиве тубулина a и b.
Подобно микрофиламентам, концы микротрубочек также имеют определенную полярность: один конец заряжен положительно, а другой — отрицательно.

Функции

Являясь частью цитоскелета, они придают клетке форму и движение.
Микротрубочки способствуют перемещению других клеточных органелл внутри клетки через связывающие белки.

Микроворсинки — это крошечные, похожие на пальцы структуры, которые выступают на клетки или из них. Они существуют либо сами по себе, либо вместе с ворсинками.

Структура

Микроворсинки представляют собой пучки выпуклостей, свободно расположенных на поверхности клетки с небольшим количеством клеточных органелл или без них.
Они окружены плазматической мембраной, содержащей цитоплазму и микрофиламенты.
Это пучки актиновых филаментов, связанных фимбрином, виллином и эпсином.

Функции

Микроворсинки увеличивают площадь поверхности клетки, тем самым улучшая функции абсорбции и секреции.
Мембрана микроворсинок заполнена ферментами, которые позволяют расщеплять более крупные молекулы на более мелкие, обеспечивая более эффективное поглощение.
Микроворсинки действуют как якорь в лейкоцитах и в сперматозоидах во время оплодотворения.

Митохондрии — это клеточные органеллы, связанные с двойной мембраной, отвечающие за снабжение и хранение энергии в клетке.
Окисление различных субстратов в клетке с высвобождением энергии в форме АТФ (аденозинтрифосфата) является основной целью митохондрий.

Структура

Митохондрия содержит две мембраны, причем внешний слой является гладким, а внутренний слой отмечен складчатыми и пальцеобразными структурами, называемыми кристами.
Внутренняя митохондриальная мембрана содержит различные ферменты, коферменты и компоненты множественных циклов, а также поры для транспорта субстратов, АТФ и молекул фосфата.
Внутри мембран находится матрица, содержащая различные ферменты метаболических процессов, таких как цикл Креба.
Помимо этих ферментов, митохондрии также являются домом для одно- или двухцепочечной ДНК, называемой мтДНК, которая способна продуцировать 10% белков, присутствующих в митохондриях.

Функции

Основная функция митохондрий — синтез энергии в форме АТФ, необходимой для правильного функционирования всех органелл клетки.
Митохондрии также помогают сбалансировать количество ионов Са + в клетке и помогают процессу апоптоза.
В митохондриях построены различные сегменты гормонов и компонентов крови.
Митохондрии в печени обладают способностью выводить токсины из аммиака.

Ядро — это двойная мембраносвязанная структура, отвечающая за контроль всей клеточной активности, а также за центр генетических материалов и их перенос.
Это одна из крупных клеточных органелл, занимающая 10% всего пространства клетки.
Его часто называют «мозгом клетки», поскольку он обеспечивает команды для правильного функционирования других клеточных органелл.
Ядро четко определяется в случае эукариотической клетки; однако он отсутствует у прокариотических организмов с генетическим материалом, распределенным в цитоплазме.

Структура

Структурно ядро состоит из ядерной оболочки, хроматина и ядрышка.
Ядерная оболочка похожа на клеточную мембрану по структуре и составу. В нем есть поры, которые позволяют белкам и РНК перемещаться внутрь и за пределы ядра. Он обеспечивает взаимодействие с другими клеточными органеллами, сохраняя при этом нуклеоплазму и хроматин внутри оболочки.
Хроматин в ядре содержит РНК или ДНК вместе с ядерными белками в качестве генетического материала, который отвечает за передачу генетической информации от одного поколения к другому. Он присутствует в виде компактной структуры, которая может быть видна как хромосома при сильном увеличении.
Ядрышко похоже на ядро внутри ядра. Это безмембранная органелла, отвечающая за синтез рРНК и сборку рибосом, необходимых для синтеза белка.

Функции

Ядро отвечает за хранение, а также передачу генетического материала в форме ДНК или РНК.
Он помогает в процессе транскрипции путем синтеза молекул мРНК.
Ядро контролирует активность всех других органелл, облегчая такие процессы, как рост клеток, деление клеток и синтез белков.

Пероксисомы — это окислительные мембраносвязанные органеллы, обнаруженные в цитоплазме всех эукариот.
Название аккредитовано из-за их деятельности по образованию и удалению перекиси водорода.

Структура

Пероксисома состоит из единой мембраны и гранулярного матрикса, разбросанных по цитоплазме.
Они существуют либо в виде соединенных между собой канальцев, либо в виде отдельных пероксисом.
Компартменты внутри каждой пероксисомы позволяют создавать оптимальные условия для различных метаболических процессов.
Они состоят из нескольких типов ферментов, основными группами которых являются уратоксидаза, оксидаза D-аминокислот и каталаза.

Функции

Пероксисомы участвуют в производстве и удалении перекиси водорода во время биохимических процессов.
Окисление жирных кислот происходит внутри пероксисом.
Кроме того, пероксисомы также участвуют в синтезе липидоподобного холестерина и плазмалогенов.

Плазмодесматы — это крошечные проходы или каналы, которые позволяют передавать материал и общаться между различными клетками.

Структура

Количество плазмодесм, соединяющих две соседние клетки диаметром 50-60 нм, составляет 103-105.
Плазмодесма состоит из трех слоев:
- Плазматическая мембрана является продолжением плазматической мембраны клетки и имеет такой же бислой фосфолипидов.
- Цитоплазматическая оболочка, непрерывная с цитозолем, позволяющая обмениваться материалами между двумя клетками.
- Десмотубула, которая является частью эндоплазматического ретикулума, которая обеспечивает сеть между двумя клетками и позволяет транспортировать некоторые молекулы.

Рисунок: Схема плазмодесм. Источник: Википедия

Функции

Плазмодесматы — это первичный сайт для связи двух клеток. Он позволяет переносить такие молекулы, как белки, РНК и вирусные геномы.

Пластиды — это структуры с двойной мембраной, присутствующие в растениях и других эукариотах, участвующих в синтезе и хранении пищи.

Структура

Пластиды обычно имеют овальную или сферическую форму с внешней и внутренней мембранами, между которыми находится межмембранное пространство.
Внутренняя мембрана окружает матрицу, называемую стромой, которая содержит небольшие структуры, называемые грана.
Каждая гранула состоит из нескольких мешкообразных тилакоидов, наложенных друг на друга и соединенных пластинками стромы.
Пластиды содержат ДНК и РНК, что позволяет им синтезировать необходимые белки для различных процессов.

Рисунок: Схема типов пластид. Источник: Википедия

Функции

Хлоропласты являются центром многих метаболических процессов, включая фотосинтез, поскольку они содержат ферменты и другие необходимые для этого компоненты.
Они также занимаются хранением продуктов питания, в первую очередь крахмала.

Рибосомы представляют собой рибонуклеопротеин, содержащий равные части РНК и белков, а также ряд других важных компонентов, необходимых для синтеза белка.
У прокариот они существуют свободно, тогда как у эукариот они либо свободны, либо прикреплены к эндоплазматическому ретикулуму.

Структура

Рибонуклеопротеин состоит из двух субъединиц.
В случае прокариотических клеток это рибосомы 70S с большей субъединицей 50S и меньшей субъединицей 30S.
Эукариотические клетки имеют 80S рибосомы с более крупной субъединицей 60S и меньшей субъединицей 40S.
Рибосомы недолговечны, так как после синтеза белка субъединицы расщепляются и могут либо использоваться повторно, либо оставаться разбитыми.

Функции

Рибосомы являются местом биологического синтеза белка во всех живых организмах.
Они размещают аминокислоты в порядке, указанном тРНК, и способствуют синтезу белка.

Накопительные гранулы представляют собой мембраносвязанные органеллы, также называемые гранулами зимогена, хранящими запас энергии клетки и другие метаболиты.

Структура

Эти гранулы окружены липидным бислоем и состоят в основном из фосфора и кислорода.
Компоненты внутри этих накопительных гранул зависят от их местоположения в организме, а некоторые из них даже содержат разрушающие ферменты, которые еще не участвуют в пищеварительной деятельности.

Рисунок: Схема хранения гранул. Источник изображения: Slide Player

Функции

Многие прокариоты и эукариоты хранят питательные вещества и запасы в форме гранул в цитоплазме.
Гранулы серы характерны для прокариот, которые используют сероводород в качестве источника энергии.

Вакуоли — это мембраносвязанные структуры различного размера в клетках разных организмов.

Структура

Вакуоль окружена мембраной, называемой тонопластом, которая включает жидкость, содержащую неорганические материалы, такие как вода, и органические материалы, такие как питательные вещества и даже ферменты.
Они образуются путем слияния различных пузырьков, поэтому вакуоли очень похожи на пузырьки по структуре.

Функции

Вакуоли служат хранилищем питательных веществ, а также отходов, защищая клетки от токсичности.
Они выполняют важную функцию гомеостаза, поскольку они обеспечивают баланс pH клетки за счет притока и оттока ионов H + в цитоплазму.
Вакуоли содержат ферменты, которые играют важную роль в различных метаболических процессах.

Везикулы — это структуры, присутствующие внутри клетки, которые либо образуются естественным путем во время таких процессов, как экзоцитоз, эндоцитоз или транспорт материалов по клетке, либо они могут образовываться искусственно, которые называются липосомами.
Существуют разные типы везикул, такие как вакуоли, секреторные и транспортные везикулы, в зависимости от их функции

Структура

Везикула — это структура, содержащая жидкость или цитозоль, которая заключена в липидный бислой.
Внешний слой, окружающий жидкость, называется ламеллярной фазой, которая похожа на плазматическую мембрану. Один конец липидного бислоя гидрофобен, тогда как другой конец гидрофильный.

Рисунок: липосома (слева) и дендримерсома.Синие части их молекул гидрофильны, зеленые части гидрофобны. Кредит: Изображение любезно предоставлено Пенсильванским университетом

Функции

Пузырьки облегчают хранение и транспортировку материалов внутри и вне клетки. Он даже позволяет обмениваться молекулами между двумя клетками.
Поскольку везикулы заключены внутри липидного бислоя, везикулы также участвуют в метаболизме и хранении ферментов.
Они позволяют временно хранить пищу, а также контролируют плавучесть клетки.

Список литературы

Источники в Интернете

<1% - http://medcell.med.yale.edu/lectures/cell_morphology_motility.php
<1% - http://www.nslc.wustl.edu/courses/Bio101/cruz/Organelles/Organelle.htm

<1% - https://answers.yahoo.com/question/index?qid=200

<1% - https://answers.yahoo.com/question/index?qid=20120615173711AAoWwX9
<1% - https://biologydictionary.net/plasma-membrane/
<1% - https: // biologyeducare.com / ribosome /
<1% - https://biologyfunfacts.weebly.com/cell-organelles.html
<1% - https://biologywise.com/cell-wall-function
<1% - https://biologywise.com/centriole-function
<1% - https://biologywise.com/chloroplast-structure-function
<1% - https://brainly.com/question/2497961
<1% - https://brainly.com/question/3623256
<1% - https://bscb.org/learning-resources/softcell-e-learning/endoplasmic-reticulum-rough-and-smooth/
<1% - https: // byjus.com / биология / микротрубочки /
<1% - https://chemdictionary.org/plant-cell/
<1% - https://jcs.biologies.org/content/joces/125/15/3511.full.pdf
<1% - https://microbenotes.com/microfilaments-structure-and-functions/
<1% - https://microbenotes.com/vesicles-structure-types-and-functions/
<1% - https://opentextbc.ca/biology/chapter/3-3-eukaryotic-cells/
<1% - https://prezi.com/x0r85wvddwip/functions-of-the-cytoskeleton/
<1% - https: // pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscentsci.7b00338
<1% - https://quizlet.com/112854935/chapter-2-cells-flash-cards/
<1% - https://quizlet.com/1613
/46-47-bio-flash-cards/
<1% - https://quizlet.com/18800826/anatomy-physiology-chapter-3-flash-cards/
<1% - https://quizlet.com/203137089/cell-biology-chapter-15-beyond-the-cell-flash-cards/
<1% - https://quizlet.com/36204445/ch-4-cell-structure-flash-cards/
<1% - https: // quizlet.ru / gb / 370608720 / a-level-biology-all-year-12-themes-flash-cards /
<1% - https://sciencing.com/list-cell-organelles-functions-5340983.html
<1% - https://sciencing.com/structure-function-mrna-6136407.html
<1% - https://sites.google.com/site/bs14cellbiology/mitochondria/peroxisomes
<1% - https://wikimili.com/en/Endosome
<1% - https://www.answers.com/Q/What_4_types_of_organisms_have_a_cell_wall
<1% - https: // www.diffen.com/difference/Cilia_vs_Flagella
<1% - https://www.differencebetween.com/difference-between-grana-and-vs-stroma/
<1% - https://www.hindawi.com/journals/bmri/2014/598986/
<1% - https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22361/
<1% - https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9834/
<1% - https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9953/
<1% - https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3867511/
<1% - https: // www.news-medical.net/life-sciences/What-is-the-Actin-Cytoskeleton.aspx
<1% - https://www.quora.com/What-are-cilia-and-flagella-How-do-these-structures-acquire-movement-What-are-some-examples-of-ciliated-and -флагеллированные-клетки-у человека
<1% - https://www.researchgate.net/publication/26821329_Interaction_of_lipid_bodies_with_other_cell_organelles_in_the_maturing_pollen_of_Magnolia_soulangeana_Magnoliaceae
<1% - https://www.researchgate.net/publication/309603167_Mechanisms_and_functions_of_lysosome_position
<1% - https: // www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/outer-mitochondrial-membrane
<1% - https://www.sciencedirect.com/topics/neuroscience/atp-synthase
<1% - https://www.shmoop.com/photosynthesis/light-independent-reactions.html
<1% - https://www.slideshare.net/rajpalchoudharyjat/cell-wall-structure-and-function
<1% - https://www.oughttco.com/cell-wall-373613
<1% - https://www.oughttco.com/chloroplast-373614
<1% - https: // www.thinkco.com/cytoskeleton-anatomy-373358
<1% - https://www.oughttco.com/organelles-meaning-373368
<1% - https://www.oughttco.com/the-cell-nucleus-373362
<1% - https://www.wisegeek.com/what-is-the-function-of-cytoplasm.htm

Клеточные органеллы — структура и функции со схемой

Категории Клеточная биология Теги Органеллы клеток животных, Органеллы клеток, Органеллы клеток, Органеллы, Органеллы клеток растений Навигация по сообщениям

Открытые учебники | Сиявула

Математика

Наука

- Читать онлайн
- Учебники
  - Английский
    - Класс 7А
    - Марка 7Б
    - Класс 7 (комбинированные A и B)
  - Африкаанс
    - Граад 7А
    - Граад 7Б
    - Граад 7 (A en B saam)
- Пособия для учителя
- Читать онлайн
- Учебники
  - Английский
    - класс 8А
    - Марка 8Б
    - Grade 8 (комбинированные A и B)
  - Африкаанс
    - Граад 8А
    - Граад 8Б
    - Граад 8 (A en B saam)
- Пособия для учителя
- Читать онлайн
- Учебники
  - Английский
    - Марка 9А
    - Марка 9Б
    - Оценка 9 (комбинированные A и B)
  - Африкаанс
    - Граад 9А
    - Граад 9Б
    - Граад 9 (A en B saam)
- Пособия для учителя
- Читать онлайн
- Учебники
  - Английский
    - класс 4A
    - класс 4Б
    - Класс 4 (комбинированный A и B)
  - Африкаанс
    - Граад 4А
    - Граад 4Б
    - Граад 4 (A en B saam)
- Пособия для учителя
- Читать онлайн
- Учебники
  - Английский
    - класс 5А
    - Марка 5Б
    - Оценка 5 (комбинированные A и B)
  - Африкаанс
    - Граад 5А
    - Граад 5Б
    - Граад 5 (A en B saam)
- Пособия для учителя
- Читать онлайн
- Учебники
  - Английский
    - класс 6А
    - класс 6Б
    - 6 класс (A и B вместе)
  - Африкаанс
    - Граад 6А
    - Граад 6Б
    - Граад 6 (A en B saam)
- Пособия для учителя

Наша книга лицензионная

Эти книги не просто бесплатные, они также имеют открытую лицензию! Один и тот же контент, но разные версии (брендированные или нет) имеют разные лицензии, как объяснено:

CC-BY-ND (фирменные версии)

Вам разрешается и поощряется свободное копирование этих версий.Вы можете делать ксерокопии, распечатывать и распространять их сколько угодно раз. Вы можете скачать их на свой мобильный телефон, iPad, ПК или флешку. Вы можете записать их на компакт-диск, отправить по электронной почте или загрузить на свой веб-сайт. Единственным ограничением является то, что вы не можете адаптировать или изменять эти версии учебников, их содержание или обложки каким-либо образом, поскольку они содержат соответствующие бренды Siyavula, спонсорские логотипы и одобрены Департаментом базового образования. Для получения дополнительной информации посетите Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Непортированный.

Узнайте больше о спонсорстве и партнерстве с другими, которые сделали возможным выпуск каждого из открытых учебников.

CC-BY (версии без марочного знака)

Эти небрендированные версии одного и того же контента доступны для вас, чтобы вы могли делиться ими, адаптировать, трансформировать, модифицировать или дополнять их любым способом, с единственным требованием — дать соответствующую оценку Siyavula. Для получения дополнительной информации посетите Creative Commons Attribution 3.0 Unported.

4.1 Типы тканей: Shaun Mc Carthy (Sandpit)

Панель приборов
AU_SANDPIT_1078466
4.1 Типы тканей
перейти к содержанию Панель приборов
Авторизоваться
Панель приборов
Календарь
Входящие
История
Помощь
Закрывать Мой Dashboard
AU_SANDPIT_1078466
Страницы
4.1 Типы тканей
Без срока
Home
Модули
Тесты
Файлы
Чтения по курсу
Инструментарий
Значки
SELT
Органелла — определение и примеры
Органелла относится к любой из различных клеточных структур, которые выполняют особую функцию внутри клетки.Клетка рассматривается как структурная, функциональная и биологическая единица всех организмов. Это мембраносвязанная структура, содержащая компартменты и структуры, рассредоточенные в цитоплазме. Существует два типа клеток, основанных на наличии цитоплазматических мембраносвязанных органелл: эукариотическая клетка и прокариотическая клетка. Присутствие мембраносвязанных органелл характеризует эукариотическую клетку, тогда как их отсутствие характеризует прокариотическую клетку. В эукариотической клетке органеллы, связанные двойным липидным бислоем, включают ядро, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, митохондрии и пластиды.Также включены плазматическая мембрана и клеточная стенка. В некоторых источниках одноемембранные цитоплазматические структуры рассматриваются как органеллы, такие как лизосомы, эндосомы и вакуоли. Другая менее строгая характеристика органелл включает цитоплазматические структуры, не связанные с мембраной, такие как ядрышко и рибосомы.
Определение органеллы
Органелла буквально означает «маленькие органы». Поскольку тело состоит из различных органов, у клетки также есть «маленькие органы», которые выполняют особые функции.Как правило, они представляют собой связанные с мембраной компартменты или структуры клетки. В строгом смысле органелла — это мембранно-связанный компартмент или структура в клетке, которая выполняет особую функцию. В менее строгом определении органелла относится к любой клеточной структуре, независимо от того, связана она с мембраной или нет, которая выполняет определенную функцию.
Этимология
Термин organelle (or · gan · elle, ˌɔɹ.ɡənˈɛl, множественное число: органеллы) произошел от новолатинского organella , уменьшительного от средневекового латинского organum , что означает «орган тела».Производное слово органеллар — это описательное слово, относящееся к органелле, относящееся к ней или характеризующееся ею. Синоним: клеточная органелла.
Органеллы и включения
Органеллы — это живые материалы внутри клетки. Напротив, клеточные включения представляют собой неживые материалы , которые также присутствуют внутри клетки. Под «неживым» это означает, что включения не выполняют биологическую активность, которую выполняют органеллы. Включения включают капли жира, гликоген и гранулы пигмента, например.г., меланин, липофусцин и гемосидерин. ⁽¹⁾
Эукариотические и прокариотические органеллы
Эукариотическая клетка содержит множество органелл, например ядро, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, митохондрии и хлоропласт (пластиды). Однако не все эти органеллы обнаруживаются только в одной клетке или в организме. Например, хлоропластов много в клетках растений, но не в клетках животных. Существуют органеллы, у которых есть собственная ДНК помимо ядра, и предполагается, что они произошли от эндосимбиотических бактерий в соответствии с эндосимбиотической теорией.Эти органеллы — митохондрии и пластиды.
Прокариоты, которые, как считалось, не имели органелл, недавно были описаны как обладающие своего рода «органеллами». Однако некоторые ссылки относятся к ним как к белковым микрокомпартментам, а не к истинным органеллам . Примерами являются карбоксисома (белковая оболочка для фиксации углерода у некоторых бактерий), хлоросома (светособирающий комплекс у зеленых серных бактерий), магнитосома (обнаруживается у магнитотактических бактерий) и тилакоид (у некоторых цианобактерий).
Типы органелл
Некоторые источники строго определяют органеллу: органелла — это орган, окруженный липидными бислоями. Исходя из этого определения, это, в частности, ядро, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, митохондрии и пластиды (например, хлоропласты). В этом смысле рибосомы и нуклеосомы не считаются органеллами, потому что они не ограничены мембранами. Точно так же лизосомы и вакуоли не могут быть квалифицированы как органеллы, потому что они представляют собой связанные с одной мембраной цитоплазматические структуры.Однако другие ссылки менее строгие. Органелла — это орган, который действует как специализированная субъединица внутри клетки, выполняющая определенную функцию. В связи с этим существует два типа органелл: (1) мембраносвязанных органелл, (включая двухмембранные и одномембранные цитоплазматические структуры) и (2) немембранные органеллы (также называемые биомолекулярными . комплексы или белковых органелл ).
Мембранные органеллы
Мембранные органеллы — это клеточные структуры, которые связаны биологической мембраной.Мембрана может быть однослойной или двухслойной из липидов и обычно с вкраплениями белков. Примерами мембраносвязанных органелл являются ядро, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, митохондрии, пластиды, лизосомы и вакуоли.
Ядро
Ядро — это органелла, отвечающая за поддержание целостности ДНК и контроль клеточной активности, такой как метаболизм, рост и размножение, путем регулирования экспрессии генов. Ядро — одна из наиболее заметных структур в клетке из-за его относительно большого размера и, как правило, круглой формы.Он связан ядерной оболочкой, которая представляет собой липидный бислой, перфорированный ядерными порами. У некоторых клеток нет ядра. Например, красные кровяные тельца теряют свое ядро в зрелом возрасте, чтобы обеспечить большее сродство к дыхательным газам, таким как кислород. Внутри ядра находится множество линейных молекул ДНК, организованных в структуры, называемые хромосомами.
Эндоплазматический ретикулум
Эндоплазматический ретикулум (ER) — это двухмембранная органелла, ответственная в основном за синтез белков и липидов, метаболизм углеводов, детоксикацию лекарств и внутриклеточный транспорт.Есть два типа ER: грубая ER и гладкая ER. Шероховатый ER усеян рибосомами на своей поверхности, тогда как гладкий ER не имеет связанных рибосом. Оба типа состоят из лабиринтных, связанных между собой уплощенных мешочков или канальцев, связанных с ядерной мембраной, проходящих через цитоплазму, и могут доходить до плазматической мембраны.
Аппарат Гольджи
Аппарат Гольджи — это двухмембранная органелла, участвующая в гликозилировании, упаковке молекул для секреции, транспортировке липидов внутри клетки и возникновении лизосом.Он состоит из пакетов, связанных мембраной.
Митохондрии
Митохондрии (в единственном числе: митохондрии) представляют собой сферические или палочковидные органеллы, связанные с двойной мембраной, которые содержат собственный геном, что делает их полуавтономными. Они ответственны в основном за выработку АТФ посредством клеточного дыхания.
Пластиды
Пластиды — это органеллы, связанные с двойной мембраной, присутствующие в фотосинтетических клетках, таких как растительная клетка. Три типа пластид — это хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.Хлоропласты — это пластиды, содержащие зеленый пигмент и участвующие в фотосинтезе. Хромопласты — это пластиды, содержащие другие пигменты, кроме зеленого. Лейкопласты — это пластиды, лишенные пигментов и участвующие в хранении пищи.
Лизосомы
Лизосомы представляют собой одинарные мембранные цитоплазматические структуры, содержащие широкий спектр пищеварительных ферментов. Они одинарные и участвуют в основном для переваривания и удаления избыточных или изношенных органелл, частиц пищи и зараженных вирусов или бактерий.
Вакуоли
Вакуоли — это мембраносвязанные везикулы в цитоплазме клетки, особенно растений. Они участвуют в обеспечении структурной поддержки, внутриклеточной секреции, экскреции, хранения и пищеварения.
Эндосомы
Эндосомы представляют собой мембраносвязанные цитоплазматические структуры, через которые молекулы, подвергшиеся эндоцитозу, проходят по пути к лизосоме.
Органеллы, не связанные с мембраной
Органеллы, не связанные с мембраной — это цитоплазматические структуры, которые не связаны мембраной, но выполняют специальные функции.Примерами органелл, не связанных с мембраной, являются рибосомы, сплайсосома, свод, протеасома, холофермент ДНК-полимераза III, холофермент РНК-полимеразы II, фотосистема I, АТФ-синтаза, нуклеосома, центриоль, центр организации микротрубочек, цитоскелет, жгутик, ядрышко, стрессовая гранула. , и т. Д.
Основные функции
Каждая из органелл выполняет определенную функцию. Для удобства см. Таблицу ниже:
Двухмембранные органеллы Характеристики Основные функции
Ядро Большая мембрана, ограниченная генетический материал в виде множества линейных молекул ДНК, организованных в структуры, называемые хромосомами Отвечает за поддержание целостности ДНК и контроль клеточной активности, такой как метаболизм, рост и размножение, путем регулирования экспрессии генов
Митохондрия Сферическая или палочковидная органелла с собственным геномом Отвечает за генерацию большей части клеточного запаса аденозинтрифосфата в процессе клеточного дыхания
Plastid Обычно встречается двойная мембраносвязанная органелла в пределах клетки фотосинтезирующих организмов, таких как растения Ответственные за хранение пищи и фотосинтез
Эндоплазматический ретикулум Органелла, связанная с мембраной, которая представляет собой лабиринтные, соединенные между собой сплющенные мешочки или канальцы, соединенные с ядерной мембраной, проходящие через ядерную мембрану цитоплазма и может распространяться на клеточную мембрану Участвует в синтезе белков и липидов, метаболизме углеводов и концентрации кальция, детоксикации лекарств, прикреплении рецепторов к белкам клеточной мембраны и внутриклеточном транспорте
Аппарат Гольджи Органелла, состоящая из мембраносвязанных стопок Участвует в гликозилировании, упаковке молекул для секреции, транспортировке липидов внутри клетки и дает начало лизосомам
Что касается других мембраносвязанных органелл, их основные функции следующие ows:
Другие мембранные органеллы Характеристики Основные функции
Лизосома Единственная мембранно-связанная ферментная структура, содержащая 9000 пищеварительных ферментов с обширным диапазоном цитоплазматических структур для переваривания и удаления избыточных или изношенных органелл, пищевых частиц и зараженных вирусов или бактерий
Vacuole Мембранно-связанная везикула, обнаруженная в цитоплазме клетки, особенно растений Участвует в обеспечении структурная поддержка, внутриклеточная секреция, выделение, хранение и переваривание
Основные функции некоторых немембранно-связанных органелл следующие:
Немембранные органеллы Характеристики Основные функции
Рибосома Мельчайшая сферическая частица, состоящая из белка и рибонуклеиновой кислоты (РНК) Служит местом синтеза белка
Нуклеосома Основная структурная единица хроматина и состоит из спирали ДНК, намотанной вокруг ядра гистона Основная структурная единица хроматина
Центриоль Самовоспроизводящаяся, маленькая, волокнистая органелла цилиндрической формы, обычно расположенная в цитоплазме вблизи Ядро в клетках большинства животных Участвует в процессе деления ядра.
Цитоскелет Решетка или внутренний каркас клетки, состоящий из белковых нитей и микротрубочек в цитоплазме Участвует в контроле формы клетки, поддержании внутриклеточной организации и перемещении клеток
Врожденные ошибки, Патобиология, генетика
Ядро содержит ядерный генетический материал. Мутации, связанные с генами или хромосомой, могут привести к пагубным последствиям или генетическим нарушениям.Мутации внеядерного генетического материала в митохондриях и хлоропластах также могут приводить к патологическим или дисфункциональным состояниям.
Заболевание обмена веществ, вызванное дефектами лизосомальной функции, приводящим к аномальному накоплению токсичных материалов в клетке, относится к лизосомной болезни накопления . Лизосомные болезни накопления являются наследственными. Дисфункциональный лизосомальный фермент вызывается конкретным дефектным геном в результате мутации.
Лизосомные болезни накопления, которые были идентифицированы к настоящему времени, включают следующие: сфинголипидозы, церамидаза (например,г. Болезнь Фарбера, болезнь Краббе и т. Д.), Галактозиалидоз, ганглиозиды, альфа-галактозидаза (например, болезнь Фабри, болезнь Шиндлера и т. Д.), Бета-галактозидаза, ганглиозидоз GM2 (например, болезнь Сандхоффа, болезнь Тея-Сакса и т. Д.), Глюкоцереброзид (например, болезнь Гоше), сфингомиелиназа (например, дефицит лизосомальной кислой липазы), сульфатидоз, мукополисахаридоз, муколипидоз, липидоз (например, нейрональный цероид липофусциноз, болезнь Вулмана и т. д.), болезнь накопления эфира холестерина, болезнь лизосомального транспорта, болезнь накопления гликогена и т. д.Симптомы могут различаться в зависимости от задействованного дисфункционального лизосомального фермента.
См. Также
Ссылки
Jennings, R., & Premanandan, C. (2017, 22 августа). Включения клеток. Получено с веб-сайта Pressbooks.pub: https://ohiostate.

Двухмембранные органеллы	Характеристики	Основные функции
Ядро	Большая мембрана, ограниченная генетический материал в виде множества линейных молекул ДНК, организованных в структуры, называемые хромосомами	Отвечает за поддержание целостности ДНК и контроль клеточной активности, такой как метаболизм, рост и размножение, путем регулирования экспрессии генов
Митохондрия	Сферическая или палочковидная органелла с собственным геномом	Отвечает за генерацию большей части клеточного запаса аденозинтрифосфата в процессе клеточного дыхания
Plastid	Обычно встречается двойная мембраносвязанная органелла в пределах клетки фотосинтезирующих организмов, таких как растения	Ответственные за хранение пищи и фотосинтез
Эндоплазматический ретикулум	Органелла, связанная с мембраной, которая представляет собой лабиринтные, соединенные между собой сплющенные мешочки или канальцы, соединенные с ядерной мембраной, проходящие через ядерную мембрану цитоплазма и может распространяться на клеточную мембрану	Участвует в синтезе белков и липидов, метаболизме углеводов и концентрации кальция, детоксикации лекарств, прикреплении рецепторов к белкам клеточной мембраны и внутриклеточном транспорте
Аппарат Гольджи	Органелла, состоящая из мембраносвязанных стопок	Участвует в гликозилировании, упаковке молекул для секреции, транспортировке липидов внутри клетки и дает начало лизосомам

Другие мембранные органеллы	Характеристики	Основные функции
Лизосома	Единственная мембранно-связанная ферментная структура, содержащая 9000 пищеварительных ферментов с обширным диапазоном цитоплазматических структур для переваривания и удаления избыточных или изношенных органелл, пищевых частиц и зараженных вирусов или бактерий
Vacuole	Мембранно-связанная везикула, обнаруженная в цитоплазме клетки, особенно растений	Участвует в обеспечении структурная поддержка, внутриклеточная секреция, выделение, хранение и переваривание

Немембранные органеллы	Характеристики	Основные функции
Рибосома	Мельчайшая сферическая частица, состоящая из белка и рибонуклеиновой кислоты (РНК)	Служит местом синтеза белка
Нуклеосома	Основная структурная единица хроматина и состоит из спирали ДНК, намотанной вокруг ядра гистона	Основная структурная единица хроматина
Центриоль	Самовоспроизводящаяся, маленькая, волокнистая органелла цилиндрической формы, обычно расположенная в цитоплазме вблизи Ядро в клетках большинства животных	Участвует в процессе деления ядра.
Цитоскелет	Решетка или внутренний каркас клетки, состоящий из белковых нитей и микротрубочек в цитоплазме	Участвует в контроле формы клетки, поддержании внутриклеточной организации и перемещении клеток