Строение клетки | Student Guru
Гиалоплазма — основное вещество цитоплазмы, жидкая среда, заполняющая внутреннее пространство клетки. Входяшие в ее состав ферменты, участвуют в синтезе аминокислот, нуклеотидов, сахаров. Здесь протекает часть реакций энергетического и пластического обмена. Благодаря гиалоплазме объединяются все клеточные структуры и обеспечивается их химическое взаимодействия друг с другом. В этом состоит ее важнейшая роль.
Органоиды клетки.
В клетках живых организмов постоянно присутствуют специализированные структуры — органоиды. Они имеют определенное строение и осуществляют строго определенные функции. Органоиды могут быть мембранными, которые отграниченны от гиалоплазмы мембранами, и немембранными. Кроме того, органоиды подразделяют на общие, имеющиеся у большинства клеток (митохондрии, эндоплазматическая сеть, рибосомы и т.д.), и специальные, которые характерны только для некоторых специализированных клеток (реснички, жгутики).
Клеточный центр (центросома).
Клеточный центр или центросома — органоид цитоплазмы, который не отделен от нее мембраной. Он играет важную роль и при делении клетки, и непосредственно участвует в формировании ахроматинового веретена, необходимого для правильной ориентации и расхождения хромосом. В промежутках между делениями клетки клеточный центр участвует в образовании внутриклеточного цитоскелета, который состоит из микротрубочек и микрофиламентов. Основной частью клеточного центра являются центриоли — два небольших цилиндрических тельца, состоящих из 27 микротрубочек, которые сгруппированны в девять групп по три в каждой. Обычно оси двух центриолей перпендикулярны относительно друг друга. От них отходят короткие микротрубочки, участвующие в формировании цитоскелета. Хорошо выраженный клеточный центр есть в клетках животных, грибов и некоторых растений (например, водоросли, мхи или папоротники). В клеточном центре клеток покрытосеменных растений центриоли отсутствуют.
Рибосомы.
Рибосомы — очень важный обязательный органоид всех клеток, как эукариот, так и прокариот, так он обеспечивает одно из основных проявлений жизни — синтез белка. У рибосом нет мембраны, они состоят из рибосомальной РНК (рРНК) и большого количества белков. В составе каждой рибосомы есть две субъединицы: большая и малая. Основная функция малой субъединицы — «расшифровка» генетической информации. Она связывает информационную РНК (иРНК) и транспортную РНК (тРНК), несущие аминокислоты. Функция большой субъединицы — образование пептидной связи между аминокислотами, принесенными в рибосому двумя соседними молекулами тРНК. Белки и рРНК, входящие в состав рибосом, синтезируются в ядре (в ядрышке), а затем поступают в цитоплазму. Кроме этого рибосомы находятся в органоидах, имеющих свой собственный генетический аппарат, — в митохондриях и пластидах. Рибосомы располагаются в цитоплазме клеток либо свободно, либо на поверхности шероховатой эндоплазматической сети. Иногда, на одной молекуле иРНК собирается несколько рибосом (подобная структура называется
Эндоплазматическая сеть (эндоплазматический ретикулум).
Эндоплазматическая сеть (эндоплазматический ретикулум) пронизывает всю цитоплазму большинства клеток. Она состоит из многочисленных однослойных мембранных трубочек, цистерн и каналов самой разнообразной формы и размера, которые соединяются с плазматической и ядерной мембранами.
Эндоплазматические сети делятся на два типа: гладкие и шероховатые. На мембранах шероховатой сети располагаются рибосомы. В этих рибосомах синтезируются белки, поступающие затем в полости эндоплазматической сети и транспортирующиеся по ним к комплексу Гольджи. На мембранах гладкой эндоплазматической сети расположены ферментные комплексы, участвующие в синтезе углеводов, жиров, пигментов. В некоторых специализированных клетках эндоплазматическая сеть выполняет специальные функции. Так, в мышечных клетках в эндоплазматической сети накапливается кальций, который освобождается в процессе мышечного сокращения и удаляется обратно при расслаблении. Некоторые клетки (например, эритроциты) при созревании теряют эндоплазматическую сеть.
Комплекс Гольджи.
Комплекс Гольджи (аппарат Гольджи) расположен обычно вблизи ядра и состоит из сложной сети однослойных мембранных образований разной формы и размера. Как правило, это группа крупных плоских полостей, расположенных стопками, с отходящими от них трубочками и пузырьками.
В комплексе Гольджи происходит накопление продуктов синтетической деятельности клеток (белков, углеводов и жиров) и веществ, поступающих в клетку из окружающей среды. Здесь может происходить дополнительная модификация этих веществ, например, к белкам присоединяются углеводные компоненты с образованием гликопротеинов. После этого вещества могут поступать в цитоплазму в виде капель или зерен, или выводиться (секретироваться) из клетки. В образовании лизосом и вакуолей принимают участие мембранные трубочки и пузырьки комплекса Гольджи.
Лизосомы.
Лизосомы — мелкие однослойные мембранные пузырьки, которые образуются в комплексе Гольджи. Они содержат большое количество ферментов (приблизительно 40), и способны расщеплять и переваривать различные вещества — белки, полисахариды, жиры и нуклеиновые кислоты, как поступающие в клетку извне, так и образующиеся в самой клетке. Т.е. лизосомы выполняют функцию «пищеварительных центров» клетки. Много лизосом обнаруживается в лейкоцитах, где они участвуют в переваривании микроорганизмов. Отслужившие свой срок и поврежденные макромолекулы (белки, РНК и т.д.) также поступают в лизосомы, где расщепляются до мономеров и вновь выходят в цитоплазму, чтобы включиться в обмен веществ. Если мембраны лизосом разрушаются, их пищеварительные ферменты начинают разрушение клеточных органоидов и других структур, приводя к гибели клетки. Такой процесс, например, имеет место при рассасывании временных органов эмбрионов или личинок (жабры и хвост у головастика).
Митохондрии.
Митохондрии представляют собой микроскопические тельца различной формы, окруженные двухслойной мембраной. Их размеры варьируются от 0,2 до 7 нм.
Наружная мембрана метохондрий гладкая, а внутренняя образует многочисленные ветвящиеся складки, направленные внутрь митохондрии, так называемые кристы, значительно увеличивающие площадь внутренней мембраны. Матрикс — внутреннее содержимое метохондрии, т.е. пространство, ограниченное внутренней мембранной. В матриксе метохондрии присутствуют многочисленные ферменты. В процессе кислородного этапа энергетического обмена (клеточного дыхания) эти ферменты участвуют в окислительном расщеплении жиров, белков и углеводов до воды и углекислого газа. Во внутренней мембране митохондрий содержатся белки-переносчики электронов и другие ферменты, которые участвуют в окислении биологических субстратов и образовании АТФ в процессе окислительного фосфорилирования. Внутренняя мембрана митохондрий практически непроницаема для протонов, поэтому на ней в процессе окисления субстратов возникает градиент концентрации протонов, энергия которого используется для синтеза АТФ. Таким образом, митохондрии представляют собой «энергетические станции» клеток, основной функцией которых является окисление различных веществ, сопряженное с синтезом АТФ. В митохондриях имеется своя собственная кольцевая молекула ДНК и весь аппарат, необходимый для синтеза белка (рибосомы, иРНК и тРНК). Количество митохондрий в клетках может варьироваться от одной или нескольких до многих десятков. Они способны делиться, образуя дочерние митохондрии. Митохондрии встречаются в клетках всех аэробных (обитающих в кислородных условиях) эукариот, т.е. в растениях, грибах и животных.
Пластиды.
Пластиды — цитоплазматические органоиды, окруженные двухслойной мембраной, присутствуют только в растительных клетках. В клетках животных и грибов пластиды отсутствуют. Как и в митохондриях, в пластидах есть свой собственный генетический аппарат — кольцевая молекула ДНК, рибосомы и различные типы РНК. Различают три типа пластид: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.
Хлоропласты — зеленые пластиды. Их зеленый цвет следствие того, что в них присутствует зеленый пигмент хлорофилла. Хлоропласты присутствуют в фотосинтезирующих клетках всех зеленых растений. По своей форме они похожи на линзу. Хлоропласты водорослей называют хроматофорами. Они имеют разнообразную форму (спиральную, сетчатую, звездчатую).
Хлоропласты окружены двухслойной мембраной. Наружная мембрана гладкая, а во внутренней образуются многочисленные выросты, которые формируют линзовидные образования — тилакоиды, собранные в стопки — граны. Название внутреннего содержимого хлоропластов — строма. В мембранах тилакоидов расположены пигменты и белки-переносчики электронов, участвующие в световой фазе фотосинтеза. Под действием света они разлагают воду. При этом выделяется свободный кислород, а освобождающиеся электроны переносятся на молекулу НАДФ+, восстанавливая ее до НАДФН. Процесс переноса электронов сопряжен с синтезом АТФ (фотофосфорилирование). В строме локализуются ферменты, участвующие в темновой фазе фотосинтеза. С использованием АТФ и НАДФН, образующихся в световой фазе, они синтезируют глюкозу из воды и углекислого газа. Хлоропласты могут терять хлорофилл и превращаться в хромопласты и лейкопласты. Такой процесс происходит, например, осенью при пожелтении и покраснении листвы и при созревании зеленых плодов.
Хромопласты — это пластиды, окрашенные в желтые, красные и оранжевые цвета, могут быть различной формы и размера. Их цвет обусловлен присутствием различных пигментов (каротинов, ксантофиллов, ликопина и др.). Хромопласты могут определять окраску различных частей растений: стеблей, цветков, плодов, листьев. Под воздействием света хромопласты могут превращаться в хлоропласты. Например, это происходит при позеленении корнеплодов моркови.
Лейкопласты — это бесцветные пластиды, лишенные пигментов, по форме и размерам близкие к хлоропластам. В них происходит накопление запасных веществ (крахмала, жиров, белков). Лейкопласты содержатся в разных частях растений: корнях, клубнях и т.д. Под воздействием света они также, как и хромопласты, могут превращаться в хлоропласты. Например, клубни картофеля зеленеют на свету.
Вакуоли.
Вакуоли представляют собой окруженные однослойной мембраной округлые полости, заполненные клеточным соком, содержащим различные минеральные и органические вещества (углеводы, белки, алкалоиды, пигменты, дубильные вещества, различные соли и их кристаллы и т.д.). Вакуоли образуются из пузырьков комплекса Гольджи. Крупные вакуоли типичны для растительных клеток, где они участвуют в поддержании тургора; в животных клетках они обычно не встречаются. У одноклеточных организмов вакуоли выполняют специальные функции пищеварения (пищеварительные вакуоли) и выведения из клеток излишков воды и продуктов обмена (сократительные вакуоли).
Специальные органоиды.
Специальные органоиды присутствуют в специализированных клетках, выполняющих определенные функции. Так, реснички и жгутики отвечают за различные виды движения. С их помощью осуществляется движение одноклеточных и многоклеточных организмов, зооспор водорослей, сперматозоидов млекопитающих и т.д. Реснитчатый эпителий покрывает пищевод и дыхательные пути животных и человека, жабры рыб, а также, поверхность тела ресничных червей. Миофибриллы — нити, состоящие из белков актина и миозина, и обеспечивающие сократительную активность всех типов мышц.
Кроме органоидов, в клетках могут присутствовать различные включения (крахмальные зерна, капли жиров, гранулы белка или гликогена). Как правило, они выполняют запасные функции. Иногда в виде включений могут накапливаться продукты жизнедеятельности клеток — кристаллы органических кислот и пигментов.
В следующем разделе мы рассмотрим ядро клеток эукариот.
www.studentguru.ru
Строение клетки Википедия
У этого термина существуют и другие значения, см. Клетка (значения). Клетки крови человека (РЭМ) Одноклеточная водоросль Micrasterias radiata (дифференциальная интерференционно-контрастная микроскопия) Инфузория рода Ophryoscolex из рубца коровы (РЭМ)Кле́тка — структурно-функциональная элементарная единица строения и жизнедеятельности всех организмов (кроме вирусов и вироидов — форм жизни, не имеющих клеточного строения). Обладает собственным обменом веществ, способна к самовоспроизведению. Организм, состоящий из одной клетки, называется одноклеточным (многие простейшие и бактерии). Раздел биологии, занимающийся изучением строения и жизнедеятельности клеток, называется цитологией. Также принято говорить о биологии клетки, или клеточной биологии.
Содержание
- 1 История открытия
- 1.1 Клеточная теория
- 2 Методы исследования клеток
- 2.1 Оптическая микроскопия
- 2.2 Электронная микроскопия
- 2.3 Фракционирование клеток
- 3 Строение клеток
- 3.1 Прокариотическая клетка
- 3.2 Эукариотическая клетка
- 4 Строение прокариотической клетки
- 5 Строение эукариотической клетки
- 5.1 Поверхностный комплекс животной клетки
- 5.2 Структура цитоплазмы
- 5.3 Рибосомы
- 5.4 Эндоплазматический ретикулум
- 5.5 Аппарат Гольджи
- 5.6 Ядро
- 5.7 Лизосомы
- 5.8 Цитоскелет
- 5.9 Центриоли
- 5.10 Митохондрии
- 6 Сравнение прокариотической и эукариотической клеток
- 6.1 Анаплазия
- 7 Межклеточные контакты
- 8 Клеточный цикл
- 9 Деление клетки
- 9.1 Деление эукариотических клеток
- 9.2 Деление прокариотических клеток
- 10 Дифференцировка клеток многоклеточного организма
- 11 Клеточная смерть
- 12 Эволюция клеток
- 12.1 Возникновение эукариотических клеток
- 13 Химическая организация клетки
- 14 См. также
- 15 Примечания
- 16 Литература
- 16.1 Периодические издания
- 17 Ссылки
История открытия[ |
ru-wiki.ru
ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ КЛЕТКИ. ТИПЫ КЛЕТОЧНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ
Во всём огромном многообразии мира растений, животных, грибов и бактерий обнаружено единство их строения. Оно заключается в том, что в основе строения почти всех организмов лежит биологическая структурная единица — клетка. Единство строения и жизнедеятельность клеток различных организмов — одна из важнейших общебиологических закономерностей, указывающих на общность происхождения органического мира. Изучения структуры и функции клетки — важная задача общей биологии.
Так что же такое клетка? Каково её основное строение и типы её организации?
Ответим на эти вопросы, пользуясь биологическими справочниками и информацией интернет-сайтов.
2.Определение. История открытия.
Клетка (дат. «целлюла» и греч. «цитос») – элементарная живая система, основная структурная единица растительных и животных организмов, способная к самовозобнавлению, саморегуляции и самовоспроизведению. Клетка — это один из основных структурных, функциональных и воспроизводящих элементов живого.
Клетки как элементарные структуры действуют как самостоятельные организмы (бактерии, простейшие), а так же, как клетки многоклеточных организмов. Особенность клеточного подуровня в том, что именно с него и начинается жизнь.
Первым человеком, увидевшим клетки, был английский учёный Роберт Гук. В 1665 году Гук стал рассматривать тонкие срезы пробки с помощью усовершенствованного им микроскопа. Он обнаружил, что пробка разделена на множество крошечных ячеек, напомнивших ему соты в ульях медоносных пчел, и он назвал эти ячейки клетками.
В середине XIX столетия на основе уже многочисленных знаний о клетке Т. Шванн сформировал клеточную теорию (1838). Он обобщил имевшиеся знания о клетке и показал, что клетка представляет собой основную единицу строения всех живых организмов, что клетки животных и растений сходны по своему строению. Эти положения явились важнейшими доказательствами единства всего органического мира. Т. Шванн внёс в науку правильное понимание клетки как самостоятельной единицы жизни, наименьшей единицы живого: вне клетки нет жизни.
Клеточная теория сохранила своё значение и в настоящее время. Она была неоднократно проверена и дополнена многочисленными материалами о строении, функциях, химическом составе, размножении и развитии клеток разнообразных органихмов.
Современная клеточная теория содержит следующие положения:
1. Клеточная организация возникла на заре жизни и прошла длительный путь эволюции от безъядерных (прокариот), от предклеточных организмов к одно- и многоклеточным
2. Новые клетки образуются путём деления ранее существовавших.
3. Клетка является микроскопической живой системой , состоящей из цитоплазмы и ядра, окружённых мембраной(за исключением прокариот).
4. В клетке осуществляется: а) метаболизм – обмен веществ; б) обратимые физиологические процессы – дыхание, поступление и выделение веществ, раздражимость, движение; в) необратимые процессы – рост и развитие.
- Клетка может быть самостоятельным организмом (прокариоты и простейшие, одноклеточные водоросли и грибы). Все многоклеточные организмы также состоят из клеток и их производных. Рост, развитии и размножение многоклеточного организма – следствие жизнедеятельности одной (зигота) или нескольких клеток (культура тканей)
3. Типы клеточной организации.
Все организмы, имеющие клеточное строение, делятся на две группы: предъядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты).
Клетки прокариот, к которым относятся бактерии, в отличие от эукариот, имеют относительно простое строение. В прокариотической клетке нет организованного ядра, в ней содержится только одна хромосома, которая не отделена от остальной части клетки мембраной, а лежит непосредственно в цитоплазме. Однако в ней также записана вся наследственная информация бактериальной клетки.
Цитоплазма прокариот по сравнению с цитоплазмой эукариотических клеток значительно беднее по составу структур. Там находятся многочисленные более мелкие, чем в клетках эукариот, рибосомы. Функциональную роль митохондрий и хлоропластов в клетках прокариот выполняют специальные, довольно просто организованные мембранные складки.
Клетки прокариот, так же как и эукариотические клетки, покрыты плазматической мембраной, поверх которой располагается клеточная оболочка или слизистая капсула. Несмотря на относительную простоту, прокариоты являются типичными независимыми клетками.
По строению различные эукариотические клетки сходны. Но наряду со сходством между клетками организмов различных царств живой природы имеются заметные отличия. Они касаются как структурных, так и биохимических особенностей.
Для растительной клетки характерно наличие различных пластид, крупной центральной вакуоли, которая иногда отодвигает ядро к периферии, а также расположенной снаружи плазматической мембраны клеточной стенки, состоящей из целлюлозы. В клетках высших растений в клеточном центре отсутствует центриоль, встречающаяся только у водорослей. Резервным питательным углеводом в клетках растений является крахмал.
В клетках представителей царства грибов клеточная стенка обычно состоит из хитина – вещества, из которого построен наружный скелет членистоногих животных. Имеется центральная вакуоль, отсутствуют пластиды. Только у некоторых грибов в клеточном центре встречается центриоль. Запасным углеводом в клетках грибов является гликоген.
В клетках животных отсутствует плотная клеточная стенка, нет пластид. Нет в животной клетке и центральной вакуоли. Центриоль характерна для клеточного центра животных клеток. Резервным углеводом в клетках животных также является гликоген.
4.Общее представление о строении клетки
4.1. Оболочка.
Оболочка клеток имеет сложное строение. Она состоит из наружного слоя и расположенной под ним плазматической мембраны. Клетки животных и растений различаются по строению их наружного слоя. У растений, а также у бактерий, сине-зелёных водорослей и грибов на поверхности клеток расположена плотная оболочка, или клеточная стенка. У большинства растений она состоит из клетчатки. Клеточная стенка играет исключительно важную роль: она представляет собой внешний каркас, защитную оболочку, обеспечивает тургор растительных клеток: через клеточную стенку проходит вода, соли, молекулы многих органических веществ.
Наружный слой поверхности клеток животных в отличие от клеточных стенок растений очень тонкий, эластичный. Он не виден в световой микроскоп и состоит из разнообразных полисахаридов и белков. Поверхностный слой животных клеток получил название гликокаликс.
4.2. Плазматическая мембрана
Термин «мембрана» (лат. membrana — кожица, пленка) начали использовать более 100 лет назад для обозначения клеточной границы, служащей, с одной стороны, барьером между содержимым клетки и внешней средой, а с другой — полупроницаемой перегородкой, через которую могут проходить вода и некоторые вещества. Однако этим функции мембран не исчерпываются, поскольку биологические мембраны составляют основу структурной организации клетки (иными словами, многие органеллы клетки состоят из мембран, т. е. имеют мембранное строение). Первая гипотеза строения клеточной мембраны была выдвинута Дж. Даниелли и X. Давсоном в 1935 г. Согласно этой гипотезе мембрана представляет собой трехслойный «сэндвич», где двойной слой (бислой) липидных молекул заключен между двумя слоями белка а в 1959 г. Д. Робертсо предположил, что все мембраны (как плазматические, окружающие клетки, так и внутриклеточные) построены по единому принципу, т. е. сформулировал гипотезу элементарной мембраны. К началу 70-х гг. накопилось много новых фактов, на основании которых С. Дж. Сингер и Г. Л. Николсон предложили в 1972 г. новую жидко-мозаичную модель строения биологической мембраны, являющуюся в настоящее время общепризнанной.
Согласно этой модели основой мембраны является липидный бислой (двойной слой), в котором гидрофобные хвосты молекул обращены внутрь, а гидрофильные головки — наружу. Липиды представлены фосфолипидами — производными глицерина или сфингозина. С липидным слоем связаны белки: они могут примыкать к липидному слою, погружаться в него или же пронизывать насквозь. Интегральные (трансмембранные) белки пронизывают мембрану насквозь и прочно с ней связаны; периферические белки не пронизывают мембрану и связаны с ней менее прочно. Функции мембранных белков различны: поддержание структуры мембран, получение и преобразование сигналов из окружающей среды, транспорт некоторых веществ, катализ реакций, происходящих на мембранах. Толщина мембраны составляет от 6 до 10 нм.
Свойства мембраны:
1. Текучесть. Мембрана не представляет собой жесткую структуру — большая часть входящих в ее состав белков и липидов может перемещаться в плоскости мембраны.
2. Асимметрия. Состав наружного и внутреннего слоев как белков, так и липидов различен. Кроме того, плазматические мембраны животных клеток снаружи имеют слой гликопротеинов (гликокаликс, выполняющий сигнальную и рецепторную функции, а также имеющий значение для объединения клеток в ткани).
3. Полярность. Внешняя сторона мембраны несет положительный заряд, а внутренняя — отрицательный.
4. Избирательная проницаемость. Мембраны живых клеток пропускают, помимо воды, лишь определенные молекулы и ионы растворенных веществ.
4.3. Цитоплазма
Цитоплазма (греч. «цитос» – вместилище) – живое содержимое клетки, кроме ядра. Снаружи цитоплазма ограничена клеточной мембраной (плазмелеммой), внутри – мембраной ядерной оболочки. У растительных клеток имеется ещё и внутренняя пограничная мембрана – тонопласт, отделяющий клеточный сок и образующий вакуоль. В состав цитоплазмы входят следующие органеллы: плазмеллема, ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии, пластиды, гиалоплазма, рибосомы, центриоли, имеются так же органоиды специального назначения.
Цитоплазма эукариотических клеток состоит из полужидкого содержимого и органелл. Основное полужидкое вещество цитоплазмы называют гиалоплазмой (от греч. hyalos — стекло) или матриксом. Гиалоплазма является важной частью клетки, ее внутренней средой. Она представляет собой сложную коллоидную систему, которая образована белками, нуклеиновыми кислотами, углеводами, водой и другими веществами. В гиалоплазме в растворенном состоянии содержится большое количество аминокислот, нуклеотидов и других строительных блоков биополимеров, множество промежуточных продуктов, возникающих при синтезе и распаде макромолекул, а также ионов неорганических соединений, таких как Na-, К-, Са2+ Mg2- , Сl-, НС03 , НР042 и др. Несмотря на то что в электронном микроскопе гиалоплазма выглядит гомогенным веществом, она не является однородной. Гиалоплазма систоит из двух фаз — жидкой и твердой. Жидкая фаза представляет собой коллоидный раствор различных белков и других веществ. В твёрдой фазе содержится система тонких (2 нм толщиной) белковых нитей — микротрабекул, пересекающих цитоплазму в различных направлениях; это так называемая микротрабекулярная система. Микротрабекулярная система связывает все внутриклеточные структуры. В местах пересечения или соединения концов микротрабекул располагаются группы рибосом.
С микротрабекулярной системой связаны нитевидные, белковые комплексы, или филаменты (тонкие нити) — микротрубочки и микрофиламенты.
Микротрубочки, микрофиламенты и микротрабекулярная система образуют внутриклеточный цитоплазматический скелет (цитоскелет), который упорядочивает размещение всех структурных компонентов клетки.
Функции гиалоплазмы следующие:
1. Является внутренней средой клетки, в которой происходят многие химические процессы.
2. Объединяет все клеточные структуры и обеспечивает химическое взаимодействие между ними.
3. Определяет местоположение органелл в клетке.
4. Обеспечивает внутриклеточный транспорт веществ и перемещение органелл (например, движение хлоропластов в растительных клетках).
5. Является основным вместилищем и зоной перемещения молекул АТФ.
6. Определяет форму клетки.
4.4. Двумембранные органеллы
Основные группы органелл. Органеллы — постоянные внутриклеточные структуры, имеющие определенное строение и выполняющие соответствующие функции. Органеллы делятся на две группы: мембранные и немембранные. Мембранные органеллы представлены двумя вариантами: двумембранным и одномембранным. Двумембранными компонентами являются пластиды, митохондрии и клеточное ядро.
Пластиды (греч. «пластос» – вылепленный, оформленный) – органеллы двумембранного строения. Открыты в 1676 году А. Левенгуком с помощью светового микроскопа. Ис строение изучено в XX веке с помощью электронного микроскопа. Существует три вида пластид – лейкопласты, хлоропласты и хромопласты, характерные для растительных клеток. Они имеют округлую или овальную форму, длину 4-12 мкм, толщину 1-2 мкм. Пластиды образуются из пропластид и размножаются путём деления. Кроме того, пластиды одного типа могут превращаться в другие. Самые простые по строению – лейкопласты (например, в клубнях картофеля), одни из них запасают крахмал, другие на свету могут превращаться в хлоропласты, а те, в свою очередь, могут превращаться в хромопласты. Эти переходы одного типа в другой необратимы.
Наружная мембрана отграничивает жидкую внутреннюю гомогенную среду хлоропласта — строму (матрикс). В строме содержатся белки, липиды, ДНК (кольцевая молекула), РНК, рибосомы и запасные вещества (липиды, крахмальные и белковые зерна) а также ферменты, участвующие в фиксации углекислого газа.
Внутренняя мембрана хлоропласта образует впячивания внутрь стромы —тилакоиды, или ламеллы, которые имеют форму уплощенных мешочков (цистерн). Несколько таких тилакоидов, лежащих друг над другом, образуют грану, и в этом случае они называются тилакоидами граны. Именно в мембранах тилакоидов локализованы светочувствительные пигменты, а также переносчики электронов и протонов, которые участвуют в поглощении и преобразовании энергии света. Хлоропласты в клетке осуществляют процесс фотосинтеза.
Пластиды, как и митохондрии, являются полуавтономными органеллами, так как имеют собственный генетический аппарат (ДНК, РНК), рибосомы и синтезиркют собственные белки. Эта их особенность послужила основой гипотезы о симбиотическом происхождении хлоропластов от синезелёных предъядерных организмов, захваченных в процессе фагоцитоза более крупной гетеротрофной клеткой.
Митохондрии — неотъемлемые компоненты всех эукариотических клеток. Они представляют собой гранулярные или нитеподобные структуры толщиной 0,5 мкм и длиной до 7—10 мкм.
Митохондрии ограничены двумя мембранами — наружной и внутренней. Между внешней и внутренней мембранами имеется так называемое перимитохондриалъное пространство, которое является местом скопления ионов водорода Н+. Наружная митохондриальная мембрана отделяет ее от гиалоплазмы. Внутренняя мембрана образует множество впячиваний внутрь митохондрий — так называемых крист. На мембране крист или внутри нее располагаются ферменты, в том числе переносчики электронов и ионов водорода Н+, которые участвуют в кислородном дыхании. Наружная мембрана отличается высокой проницаемостью, и многие соединения легко проходят через нее. Внутренняя мембрана менее проницаема. Ограниченное ею внутреннее содержимое митохондрии (матрикс) по составу близко к цитоплазме. Матрикс содержит различные белки, в том числе ферменты, ДНК (кольцевая молекула), все типы РНК, аминокислоты, рибосомы, ряд витаминов. ДНК обеспечивает некоторую генетическую автономность митохондрий, хотя в целом их работа координируется ДНК ядра.
Ядро – главнейшая структура клетки. Описано в растительной клетке в 1831году английским учёным Р. Броуном, в животной – в 1938году немецким учёным Т. Шванном. Обязательный компонент клеток растений и животных, за исключением предъядерных организмов. Ядро обычно шаровидной формы, но если клетка сильно вытянута, то оно становится веретеновидным.
Клеточное ядро состоит из ядерной оболочки, ядерного матрикса (нуклеоплазмы), хроматина и ядрышка (одного или нескольких). От цитоплазмы содержимое ядра отделено двойной мембраной, или так называемой ядерной оболочкой. Наружная мембрана в некоторых местах переходит в каналы эндоплазматического ретикулума; к ней прикреплены рибосомы. Внутренняя мембрана рибосом не содержит. Ядерная оболочка пронизана множеством пор диаметром около 90 нм.
Содержимое ядра представляет собой гелеобразный матрикс, называемый ядерным матриксом (нуклеоплазмой), в котором располагаются хроматин и одно или несколько ядрышек. Ядерный матрикс содержит примембранные и межхроматиновые белки, белки-ферменты, РНК, участки ДНК, а так же различные ионы и нуклеотиды.
Хроматин на окрашенных препаратах клетки представляет собой сеть тонких тяжей (фибрилл), мелких гранул или глыбок. Основу хроматина составляют нуклеопротеины — длинные нитевидные молекулы ДНК (около 40%), соединенные со специфическими белками — гистонами (40%). В состав хроматина входят также РНК, кислые белки, липиды и минеральные вещества (ионы Са2- и Mg2+), а также фермент ДНК-пол и мераза, необходимый для репликации ДНК. В процессе деления ядра нуклеопротеины спирализуются, укорачиваются, в результате уплотняются и формируются в компактные палочковидные хромосомы, которые становятся заметны при наблюдении в световой микроскоп.
4.5. Одномембранные органеллы
В клетке синтезируется огромное количество различных веществ. Часть из них потребляется на собственные нужды (синтез АТФ, построение органелл, накопление питательных веществ), часть выводится из клетки и используется на построение оболочки (клетки растений и грибов), гликокаликса (животные клетки). Клеточными секретами являются также ферменты, гормоны, коллаген, кератин и т. д. Накопление этих веществ и перемещение их из одной части клетки в другую либо выведение за ее пределы происходит в системе замкнутых цитоплазматических мембран — эндоплазматической сети, или эндоплазматическом ретикулуме, и комплексе Гольджи, составляющих транспортную систему клеток.
Эндоплазматическая сеть была открыта в 1945 году английским учёным К. Портером. ЭПС представляет собой систему мембран, имеющих ультрамикроскопическое строение (диаметр трубочек 25-75 нм). Вся сеть объединена в единое целое с наружной клеточной мембраной ядерной оболочки. Различают ЭПС гладкую (агранулярную) и шероховатую (гранулярную), несущую на себе рибосомы. Рибосомы прикрепляются к мембране гранулярной ЭПС, и во время синтеза белковой молекулы полипептидная цепочка с рибосомы погружается в канал ЭПС. Функции ЭПС очень разнообразны:
1) Транспорт веществ как внутри клетки, так и между соседними клетками
2) Разделение клетки на отдельные секции, в которых одновременно происходят различные физиологические процессы и химические реакции
3) В каналах ЭПС молекулы белка приобретают вторичную, третичную и четвертичную структуры, синтезируются жиры, транспортируется АТФ, находятся ферменты
Аппарат Гольджи (диктиосомы) – одномембранные органеллы, открытые в 1889 году итальянским учёным К. Гольджи в животных клетках. В растительных клетках эти органеллы обнаружены лишь а помощью электронного микроскопа. Диктиосома представляет собой стопочку из 5-10 плоских цистерн, по краям которых отходят ветвящиеся трубочки и мелкие пузырьки. Она входит в состав мембран: наружная мембрана ядерной оболочки – эндоплазматическая сеть – аппарат Гольджи – наружная клеточная мембрана. В этой системе происходит синтез и перенос различный соединений, а так же веществ, выделяемый клеткой в виде секрета или отбросов. Кроме того, диктиосомы принимают участие в образовании лизосом, вакуолей, в накоплении углеводов, в построении клеточной стенки (у растений). Так, при образовании пищеварительных ферментов их молекулы не выходят в цитоплазму, а погружаются в канал эндоплазматической сети, по которому доставляются в диктиосому, там упаковываются в пузырёк и отделятся в виде лизосом. Лизосома принимает участие в расщеплении органических макромолекул, отработавших органелл или пищевых частиц. Общее число диктиосом в клетке – до 20.
Лизосомы — это мембранные пузырьки величиной до 2 мкм. Внутри лизосом содержатся гидролитические ферменты, способные переваривать белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты. Лизосомы образуются из пузырьков, отделяющихся от комплекса Гольджи, причем предварительно на шероховатом эндоплазматическом ретикулуме синтезируются гидролитические ферменты.
Вторичные лизосомы, в которых закончился процесс переваривания, практически не содержат ферментов. В них находятся лишь непереваренные остатки, т. е. негидролизуемый материал, который либо выводится за пределы клетки, либо накапливается в цитоплазме.
Расщепление лизосомами чужеродного, поступившего путем эндоцитоза материала называетсягетерофагией. Лизосомы участвуют также в разрушении материалов клетки, например запасных питательных веществ, а также макромолекул и целых органелл, утративших функциональную активность (аутофагия). При патологических изменениях в клетке или ее старении мембраны лизосом могут разрушаться: ферменты выходят в цитоплазму, и осуществляется самопереваривание клетки —автолиз. Иногда с помощью лизосом уничтожаются целые комплексы клеток и органы. Например, когда головастик превращается в лягушку, лизосомы, находящиеся в клетках хвоста, переваривают его: хвост исчезает, а образовавшиеся во время этого процесса вещества всасываются и используются другими клетками тела.
4.6. Немембранные органеллы
В клетках большинства животных, а также некоторых грибов, водорослей, мхов и папоротников имеются центриоли. Расположены они обычно в центре клетки, что и определило их название
Центриоли представляют собой полые цилиндры длиной не более 0,5 мкм. Они располагаются парами перпендикулярно одна к другой. Каждая центриоль построена из девяти триплетов микротрубочек.
Основная функция центриолей — организация микротрубочек веретена деления клетки. Центриолям по структуре идентичны базальные тельца, которые всегда обнаруживаются в основании жгутиков и ресничек. По всей вероятности, базальные тельца образуются путем удвоения цен-триолей. Базальные тельца, как и центриоли, являются центрами организации микротрубочек, входящих в состав жгутиков и ресничек.
Жгутики и реснички — органеллы движения у клеток многих видов живых существ. Они представляют собой подвижные цитоплазм этические отростки, служащие либо для передвижения всего организма (многие бактерии, простейшие, ресничные черви) или репродуктивных клеток (сперматозоидов, зооспор), либо для транспорта частиц и жидкостей (например, реснички мерцательных клеток слизистой оболочки носовых полостей и трахеи, яйцеводов и т. д.).
Жгутики эукариотических клеток по всей длине содержат 20 микротрубочек: 9 периферических дуплетов и 2 центральные одиночные. У основания жгутика в цитоплазме располагается ба-зальное тельце.
Жгутики имеют длину около 100 мкм и более. Короткие жгутики (10—20 мкм), которых бывает много на одной клетке, называются ресничками.
Скольжение микротрубочек, входящих в состав жгутиков или ресничек, вызывает их биение, что обеспечивает перемещение клетки либо продвижение частиц.
Рибосомы — это мельчайшие сферические гранулы диаметром 15—35 нм, являющиеся местом синтеза белка из аминокислот. Они обнаружены в клетках всех организмов, в том числе про-кариотических. В отличие от других органелл цитоплазмы (пластид, митохондрий, клеточного центра и др.) рибосомы представлены в клетке огромным числом: за клеточный цикл их образуется около 10 млн. штук.
В состав рибосом входит множество молекул различных белков и несколько молекул рРНК. Полная работающая рибосома состоит из двух неравных субъединиц. Малая субъединица имеет палочковидную форму с несколькими выступами. Большая субь-единица похожа на полусферу с тремя торчащими выступами. При объединении в рибосому малая субъединица ложится одним концом на один из выступов большой субъединицы. В состав малой субъединицы входит одна молекула РНК, в состав большой — три.
В цитоплазме десятки тысяч рибосом расположены свободно (поодиночке или группами) или прикреплены к нитям микротрабекулярной системы, наружной поверхности мембраны ядра и эндоплазматической сети. Они имеются также в митохондриях и хлоропластах.
В процессе синтеза белка рибосома защищает синтезируемый белок от разрушающего действия клеточных ферментов. Механизм защитного действия заключается в том, что часть вновь синтезируемого белка находится в каналоподобной структуре большой субъединицы.
kursak.net
