Клетка - это основная форма организации живого вещества, лежащая в основе строения и развития животных И растений. Признаки, характерные для всех клеток, - это метаболизм, раздражимость, рост и размножение.
Продолжительность жизни некоторых клеток незначительна (клетки крови и многослойного эпителия), в то время как другие живут гораздо дольше (клетки соединительной ткани) или сохраняются в течение всей жизни (нервные). По мере отмирания клеток происходит процесс их восполнения за счет размножения и специализаций малодифференцированных клеток.
Строение клетки . Клетка представляет собой живую систему, состоящую из двух связанных между собой частей - цитоплазмы и ядра (рис. 1).
Ядро - важнейшая составная часть полноценной клетки. Оно содержит геном и продуцирует макромолекулы, контролирующие синтетические процессы цитоплазмы. Клетки без ядра (эритроциты млекопитающих, кровяные пластинки, центральные волокна хрусталика) не способны синтезировать белок и соответственно ограничены в метаболической активности. Форма ядер и их размеры в клетках различного типа весьма разнообразны и специфичны. Для большинства плоских, кубических и округлых клеток характерны шарообразные ядра. Такая же форма ядра у отростчатых нервных клеток, тогда как среди шарообразных клеток крови встречаются клетки с сегментированными ядрами. В ядре различают ядерную оболочку, хроматин, ядрышко и ядерныи сок.
Ядерная оболочка (кариолемма) состоит из двух элементарных липопротеидных мембран, разделенных перинуклеарным пространством в 20 ... 100 нм. Через определенные промежутки мембраны ядерной оболочки формируют поры диаметром 80 ... 90 нм. В области поры наружная и внутренняя мембраны сближаются и непосредственно переходят одна в другую. Количество пор зависит от функциональной активности клетки.
Хроматин ядра получил свое название за способность интенсивно окрашиваться основными красителями, что обусловлено главным образом присутствием в ядре дик. Последняя, будучи характерной составной частью хромосом, определяет основные процессы в клетках. Из хроматина построены хромосомы. Химический анализ хромосом свидетельствует что выделенное из ядер вещество - дезоксирибонуклеопротеид (ДИП) содержит ДИК (40 % общей массы), незначительное количество РИК (до 1 %) и белки. Специфичность структуры молекул ДИК и РИК, характерная для каждого организма.
Ядрышко - тельце сферической формы диаметром 1 ... 5 мкм, сильно преломляющее свет. Размеры его варьируют в зависимости от физиологического состояния клеток. Наиболее крупные ядрышки встречаются в быстро размножающихся эмбриональных клетках и клетках опухолей. В ядрышке РНК связывается с белком. Здесь происходит сборка субъединиц рибосом, которые, по-видимому, и являются гранулярным компонентом ядрышка. Окончательно рибосомы формируются вне ядрышка.
Ядерный сок (кариоплазма) - микроскопически бесструктурное вещество ядра; содержит различные белки (нуклеопротеиды, гликопротеиды, ферменты) и соединения, участвующие в процессах синтеза нуклеиновых кислот, белков и других компонентов, входящих в состав кариоплазмы.
Цитоплазма клетки состоит из микроскопически бесструктурного основного вещества - гиалоплазмы, в которой рассредоточены ее специализированные структуры (органеллы), выполняющие определенные функции.
Гиалоплазма - гетерогенное по химическому составу вещество цитоплазмы клеток; содержит белки, в том числе ферменты, нуклеиновые кислоты, полисахариды, аминокислоты, нуклео??тиды И многие другие соединения, участвующие в метаболизме клеток. Гиалоплазма - среда, объединяющая различные структуры клетки и обеспечивающая их взаимодействие. В гиалоплазме сосредоточены АТФ, продукты обмена, включения в виде глыбок гликогена, капель жира, пигментов и др.
Органеллы - структуры цитоплазмы, выполняющие в клетке специфические функции. К ним относят плазмолемму, рибосомы, эндоплазматическую сеть, митохондрии, комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы, центросому. Кроме названных органелл в цитоплазме клеток находится значительное количество различных по морфологии и функциональному значению структур (фибрилл, филаментов, микротрубочек), отражающих специфичность дифференцировки, характерной для определенных тканей.
Плазмолемма - оболочка клетки, выполняющая ограничительную, транспортную и рецепторную функции.
Рибосомы представляют. собой гранулы диаметром 15 ... 35 нм. Располагаются в цитоплазме свободно или фиксированы на мембране эндоплазматической сети (гранулярная). Свободные рибосомы характерны для цитоплазмы недифференцированных камбиальных клеток. При световой микроскопии цитоплазма клеток, богатая рибосомами, базофильна. Рибосомы входят и в состав ядра где они обеспечивают синтез ядерных белков.
Митохондрии присутствуют почти во всех эукариотических клетках (рис. 1.6). Главная функция органелл - обеспечение клеток химической энергией, необходимой для биосинтетической и моторной активности. Продукты расщепления углеводов, поступающие в митохондрию в виде пируватов, аминокислоты и жирные кислоты окисляются в митохондриях до СО2 И Н2О. Освобождающаяся при этом энергия используется для синтеза АТФ из АД Ф и неорганического фосфата. Реакция формирования АТФ называется фосфорилированием, АТФ обеспечивает энергией почти все жизненные процессы, расщепляясь при этом на фосфат и АДФ. Последний вновь поглощается митохондрией и фосфорилируется. Процессы окисления, фосфорилирования и другие реакции обеспечивают содержащиеся в митохондриях ферменты (более 50). Обычно митохондрии распределены по всей цитоплазме, но иногда могут быть сконцентрированы на тех участках клетки, где потребность в энергии наибольшая.
Комплекс Гольджи (пластинчатый комплекс, или внутриклеточный сетчатый аппарат) на препаратах, обработанных нитратом серебра или четырехокисью осмия, выглядит как сеть переплетающихся темных линий. В одних клетках он локализован вблизи центриолей, в других окружает ядро, а в эпителиоцитах обычно рас пола гается между ядром и апикальной поверхностью клетки (рис. 1.7).
Лизосомы - тельца, ограниченные мембраной и содержащие около 50 различных ферментов, преимущественно гидролитических, активных при кислых значениях рН (фосфатазы, гликозидазы, протеазы, липазы, сульфатазы и др.). Свое название органелла получила за то, что содержащиеся в ней ферменты способны вызвать лизис (растворение) всех компонентов клетки. В нормальных условиях этого обычно не происходит, так как ферменты лизосом изолированы от субстратов и соответственно неактивны.
Функция лизосом заключается во внутриклеточном ферментативном расщеплении как экзогенных веществ, попавших в клетку в результате эндоцитоза, так и эндогенных (удаление органелл и включений в ходе нормального обновления или в ответ на измененную функциональную активность), Иногда проницаемость мембран лизосом повышается и их ферменты выходят в цитоплазму клетки. Тогда происходит растворение (аутолиз) клетки. Это наблюдают в условиях эксперимента, патологии и в некоторых случаях нормального функционирования органа (инволюция молочной железы после прекращения лактации, инволюция матки после родов, резорбция хвоста амфибий при метаморфозе и др.). Содержимое лизосом очень разнородно и зависит от активности данных органелл в процессах внутриклеточного переваривания, а также от особенностей объекта, подлежащего гидролитическому расщеплению.
1) Клеточная мембрана - это первичная мембрана клетки, состоящая из двух слоев фосфолипидов. Каждый слой обращен наружу свой гидрофильной "головой" - фосфатной группой, а внутрь - гидрофобными "хвостами" - остатками жирных кислот. Также плазматическую мембрану пронизывает большое количество различных белков. Расположенные в основаниях мембраны погруженные белки выполняют функцию транспорта вещества из клетки во внешнюю среду и наоборот. Белки, которые пронизывают мембрану, называются пронизывающими, и выполняют функцию в основном своеобразных насосов (например, Na-K-насос). Поверхностные белки нередко образуют комплексы с углеводами и липидами, образуя гликопротеиды и липидопротеиды. Остатки липидов и углеводов обращены во внешнюю среду и образуют так называемый гликокаликс - наружный комплекс клетки. Он выполняет сугубо рецепторную функцию (распознает гормоны), а также при помощи гликокаликса происходит связывание клеток между собой. Функция самой мембраны - это избирательный транспорт веществ в клетку, участие в регуляции осмотического давления, активном и пассивном транспорте, участие в процессе фаго-, пино-, и экзо- цитоза
2) Вакуоль - это одномембранный органоид. Он выполняет функцию накопления клеточного сока и регуляции осмотического давления. Вакуоли характерны для пресноводных простейших, которым необходимо защищаться от избытка воды
3) Ядро - это главный органоид клетки. Он обычно крупнее других и располагается в центре. Состоит из двух мембран, внешняя из которых связывается с ЭПС. Мембрана ядра просто пронизана порами, через которую происходит обмен веществами из ядра в ядро и наоборот. В полости ядра располагается кариоплазма, в которой свободно плавает хроматин - ядерное вещество, в состав которого входит ДНК. В центре ядра обычно располагается ядрышко, которые участвует в синтезе и сборке рибосом. Функция ядра - хранение наследственной информации и регуляция всех процессов в клетке, участие в делении
4) ЭПС - это система уплощенных мешочков, пронизывающих всю клетку. Делится на 2 типа - шероховатую и гладкую. Шероховатая ЭПС несет на себе большое кол-во рибосом и выполняет функцию синтеза и транспорта белков. Гладкая ЭПС больше состоит и трубочек и она выполняет функцию транспорта различных веществ, а также синтеза липидов, которые потом доставляются на аппарат Гольджи
5) Рибосомы - это мелкие структуры клетки, состоящие из двух субъединиц. Рибосома образована рибосомальной РНК и белком, сборка их производится в ядрышке и рядом с ядром. Большое кол-во их прикрепляется к ЭПС, где нередко образуют полисомы - несколько рибосом, через которую проходит одна цепь иРНК. Функция рибосом - синтез белка
6) Митохондрия - это 2-х мембранная структура клетки. Состоит из внешней и внутренней мембраны, внутрення образует складки - криста, на которых располагаются ферменты для проведения дыхательной цепи. Полость заполнена матриксом, в котором находятся ферменты для проведения цикла Кребса. Также митохнодрии имеют собственную ДНК и рибосомы (70S-типа). Являются энерго-станцией клетки, в результате биоокисления вырабатывают АТФ
7) Комплекс Голбджи - это стопка из уплощенных мешочков (цистерн), является образованием ЭПС. По бокам ее находятся пузырьки, которые отщепляются от Комплекса Гольджи по мере необходимости. В этом органоиде накапливаются различные вещества, синтезируемые клетки, где происходит дальнейшее их химическое превращение и последующая упаковка к последующей экстрекции. Также участвует в формировании лизосом.
8) Лизосома - это 1-мембранный органоид, который заполнен различными гидролитическими ферментами. При помощи него происходит внутриклеточное пищеварение (распад более крупных структур на более мелкие), а также участие в фагоцитозе (поглощении крупных частиц)
9) Клеточный центр образован 2-мя центриолями, которые располагаются перпендикулярно друг другу. Центриоль - это трубочка, состоящая из 9-ти триплетов белка тубулина. Центриоль играет ажную роль в формировании цитоскелета клетки, который образован в свою очередь микротрубочками, микрофиламентами и филаментами. Отдельная роль клеточнму центру отводится процессу клетки, где он формирует веретено деления.
Клетки животных и растений, как многоклеточных, так и одноклеточных, в принципе сходны по своему строению. Различия в деталях строения клеток связаны с их функциональной специализацией.
Основными элементами всех клеток являются ядро и цитоплазма. Ядро имеет сложное строение, изменяющееся на разных фазах клеточного деления, или цикла. Ядро неделящейся клетки занимает приблизительно 10-20% ее общего объема. Оно состоит из кариоплазмы (нуклеоплазмы), одного или нескольких ядрышек (нуклеол) и ядерной оболочки. Кариоплазма представляет собой ядерный сок, или кариолимфу, в которой находятся нити хроматина, образующие хромосомы.
Обязательными элементами ядра являются хромосомы, имеющие специфическую химическую и морфологическую структуру. Они принимают активное участие в обмене веществ в клетке и имеют прямое отношение к наследственной передаче свойств от одного поколения к другому.
Цитоплазма клетки обнаруживает весьма сложное строение. Введение методики тонких срезов и электронной микроскопии позволило увидеть тонкую структуру основной цитоплазмы.
Установлено, что последняя состоит из параллельно расположенных сложных структур, имеющих вид пластинок и канальцев, на поверхности которых располагаются мельчайшие гранулы диаметром 100-120 Å. Эти образования названы эндоплазматическим комплексом. В состав этого комплекса включены различные дифференцированные органоиды: митохондрии, рибосомы, аппарат Гольджи, в клетках животных и низших растений - центросома, животных - лизосомы, у растений - пластиды. Кроме того, цитоплазме обнаруживается целый ряд включений, принимающих участие в обмене веществ клетки: крахмал, капельки жира, кристаллы мочевины и т. д.
Центриоли (клеточный центр) состоит из двух компонентов: триоли и центросферы - особым образом дифференцированного участка цитоплазмы. Центриоли состоят из двух мелких округлых колец. В электронном микроскопе видно, что эти тельца представляют собой систему строго ориентированных трубочек.
Митохондрии в клетках бывают разной формы: палочковидные, нулообразные и др. Полагают, что форма их может изменяться зависимости от функционального состояния клетки. Размеры митохондрии варьируют в значительных пределах: от 0,2 до 2-7 мк. клетках разных тканей они располагаются или равномерно по цитоплазме, или с большей концентрацией в определенных участках. Установлено, что митохондрии принимают участие в окислительных процессах обмена веществ клетки. Митохондрии состоят белков, липидов и нуклеиновых кислот. В них найден ряд ферментов, участвующих в аэробном окислении, а также связанных реакцией фосфорилирования. Полагают, что в митохондриях происходят все реакции цикла Кребса: большая часть освобождаются при этом энергии расходуется на работу клетки.
Строение митохондрий оказалось сложным. Поданным электрон-микроскопических исследований, они представляют собой тельца, суженные гидрофильным золем заключенные в избирательно проницаемую оболочку - мембрану, толщина которой около 80 Å. Митохондрии имеют слоистую структуру в виде системы утренних гребней-кристаллов, толщина которых 180-200 Å. Они отходят от внутренней поверхности мембран, образуя кольцобразные диафрагмы. Предполагается, что митохондрии размножаются путем деления. При делении клетки распределение их по крайним клеткам не подчиняется строгой закономерности, так как % по-видимому, могут быстро размножаться до необходимого клетки количества. По форме, величине и роли в биохимических процессах митохондрии являются характерными для каждого типа ни и вида организма.
При биохимических исследованиях цитоплазмы в ней найдены микросомы, которые представляют собой фрагменты мембран с структурой эндоплазматической сети.
В значительном количестве в цитоплазме находятся рибосомы размерам они варьируют от 150 до 350 Å и в световом микроскопе невидимы. Особенностью их является высокое содержание РНК и белков: около 50% всей клеточной РНК находится в рибосомах, что указывает на большое значение последних в деятельности клетки. Установлено, что рибосомы участвуют в синтезе клеточных белков под контролем ядра. Репродукция самих рибосом также контролируется ядром; в отсутствии ядра они теряют способность синтезировать цитоплазматические белки и исчезают.
В цитоплазме имеется также аппарат Гольджи . Он представляет систему гладких мембран и канальцев, располагающихся вокруг ядра или полярно. Предполагают, что этот аппарат обеспечивает выделительную функцию клетки. Тонкое строение его остается еще не выясненным.
Органоидами цитоплазмы являются также лизосомы - литические тела, выполняющие функцию пищеварения внутри клетки. Они открыты пока только в животных клетках. Лизосомы содержат активный сок - ряд ферментов, способных расщеплять белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды, поступающие в клетку. В случае если мембрана лизосомы разрывается и ферменты переходят в цитоплазму, то они «переваривают» другие элементы, цитоплазмы и приводят к растворению клетки - «самопоеданию».
Для цитоплазмы растительных клеток характерно присутствие пластид, которые осуществляют фотосинтез, синтез крахмала и пигментов, а также белков, липидов и нуклеиновых кислот. По окраске и выполняемой функции пластиды могут быть разделены на три группы: лейкопласты, хлоропласты и хромопласты. Лейкопласты - бесцветные пластиды, участвующие в синтезе крахмала из сахаров. Хлоропласты представляют белковые тела более плотной консистенции, чем цитоплазма; наряду с белками они содержат много липидов. Белковое тело (строма) хлоропластов несет пигменты, в основном - хлорофилл, чем и объясняется их зеленая окраска, хлоропласты осуществляют фотосинтез. Хромопласты содержат пигменты - каротиноиды (каротин и ксантофилл).
Пластиды размножаются путем прямого деления и, по-видимому, не возникают в клетке заново. До сих пор нам не известен принцип их распределения по дочерним клеткам при делении. Возможно, что строгого механизма, обеспечивающего равное распределение, не существует, так как необходимое число их может быстро восстанавливаться. При бесполом и половом размножении растений через материнскую цитоплазму могут наследоваться признаки, определяемые свойствами пластид.
Здесь мы не будем останавливаться на особенностях изменений отдельных элементов клетки в связи с выполняемыми ими физиологическими функциями, так как это входит в область изучения цитологии, цитохимии, цитофизики и цитофизиологии. Однако следует отметить, что в последнее время исследователи приходят к очень важному выводу в отношении химической характеристики органелл цитоплазмы: ряд из них, такие как митохондрии, пластиды и даже центриоли, имеет собственную ДНК. Какова роль ДНК и каково состояние, в котором она находится, остается пока неясным.
Мы познакомились с общей структурой клетки лишь для того, чтобы в последующем оценить роль отдельных ее элементов в обеспечении материальной преемственности между поколениями, т. е. в наследственности, ибо все структурные элементы клетки принимают участие в ее сохранении. Следует, однако, иметь в виду, что, хотя наследственность и обеспечивается всей клеткой как единой системой, ядерные структуры, а именно хромосомы, занимают при этом особое место. Хромосомы, в отличие от органелл клетки, представляют собой уникальные структуры, характеризующиеся постоянством качественного и количественного состава. Они не могут взаимозаменять друг друга. Несбалансированность хромосомного набора клетки приводит в конечном счете к ее гибели.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
И грибов, клетки животных не имеют . Эта особенность была утеряна в далеком прошлом одноклеточными организмами, которые породили . Большинство клеток, как животных, так и растений, имеют размер от 1 до 100 мкм (микрометров) и поэтому видны только с помощью микроскопа.
Самые ранние ископаемые свидетельства животных датируются Вендским периодом (650-454 миллионов лет назад). Первое закончилось этим периодом, но в течение последующего , взрыв новых форм жизни привел к появлению многих основных групп фауны, известных сегодня. Есть свидетельства, что животные появились до раннего (505-438 миллионов лет назад).
Строение животных клеток
Схема строения клетки животных
- - самовоспроизводящиеся органеллы, состоящие из девяти пучков микротрубочек и встречающиеся только в клетках животных. Они помогают в организации деления клеток, но не являются существенными для этого процесса.
- - необходимы для передвижения клеток. В многоклеточных организмах реснички функционируют для перемещения жидкости или веществ вокруг неподвижной клетки, а также для или группы клеток.
- - сеть мешочков, которая производит, обрабатывает и переносит химические соединения внутри и снаружи клетки. Он связан с двуслойной ядерной оболочкой, обеспечивающей трубопровод между ядром и .
- Эндосомы - мембранно-связанные везикулы, образованные совокупностью сложных процессов, известных как , и обнаружены в цитоплазме практически любой клетки животных. Основным механизмом эндоцитоза является обратное тому, что происходит во время или клеточной секреции.
- - отдел распределения и доставки химических веществ клетки. Он модифицирует белки и жиры, встроенные в эндоплазматический ретикулум, а также подготавливает их к экспорту за пределы клетки.
- Промежуточные филаменты - широкий класс волокнистых белков, которые играют важную роль как структурных, так и функциональных элементов . Они функционируют как элементы, которые помогают поддерживать форму и жесткость клетки.
- - осуществляют пищеварительные функции, перерабатывая клеточные отходы.
- Микрофиламенты - нити из глобулярных белков, называемые актином. Эти филаменты являются преимущественно структурными по своей функции и важным компонентом цитоскелета.
- Микротрубочки - прямые, полые цилиндры, присутствующие в цитоплазме всех эукариотических клеток (у прокариот их нет) и выполняющие различные функции, от транспортировки до структурной поддержки.
- - продолговатые органеллы, которые находятся в цитоплазме каждой эукариотической клетки. В клетке животных они являются основными генераторами энергии, превращая кислород и питательные вещества в энергию.