Строение и жизнедеятельность клетки

Наука, которая изучает строение, химический состав, процессы жизнедеятельности и размножения клеток, называется цитологией .

Клетка – основная структурно-функциональная единица всех живых организмов, окруженная мембраной. Это элементарная живая система, которая в отличие от вирусов, способна самовоспроизводиться. Клетки отличаются друг от друга по строению, размерам, форме, по биохимическим характеристикам (в клетках, содержащих хлорофилл, происходит процесс фотосинтеза, который невозможен при отсутствии пигментов), по функциям (различают половые клетки – гаметы и соматические – клетки тела, которые в свою очередь делятся на большое количество разных типов).

Роберт Гук – впервые использовал микроскоп для исследования тканей и в 1665 г. на срезе коры и сердцевины бузины увидел ячейки, которые назвал клетками.

Антуан ван Левенгук – впервые в 1702 г. при увеличении в 270 раз открыл кровяные тельца, описал бактерии, простейших, сперматозоиды, строение глаз насекомых и мышечных волокон, обнаружил и описал много инфузорий и гидр.

Матиас Шлейден и Теодор Шванн – в 1838-1839 гг. стали создателями клеточной теории. Т. Шванн сформулировал основные положения клеточной теории.

Основные положения клеточной теории:

Клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица всего живого;

Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов гомологичны (сходны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ;

Размножение клеток происходит путем их деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления материнской клетки;

У многоклеточных организмов, которые развиваются из одной клетки (зиготы, споры), разные типы клеток формируются благодаря их специализации на протяжении индивидуального развития особи и образуют ткани;

Из тканей построены органы, тесно взаимосвязанные и подчиняющиеся нервной и гуморальной системам регуляции.

Строение животной и растительной клеток

Клетки живых организмов состоят из поверхностного аппарата, цитоплазмы и ядра. Только клетки бактерий и цианобактерий не имеют ядра. Внутреннее содержимое клетки окружает поверхностный аппарат, в состав которого входят плазматическая мембрана, надмембранные и подмембранные структуры. Надмембранной структурой животной клетки является гликокаликс, а растительной – оболочка, или кл. стенка (в основном состоит из целлюлозы).

Гликокаликс – образование на поверхности мембраны, формируется молекулами полисахаридов, соединенных с белками и липидами мембраны, окружающей ее на подобие «антенн». Благодаря гликокаликсу между клетками при образовании тканей возникают контакты. На этом свойстве базируется явление тканевой совместимости. Функция антенн связана с распознаванием внешних сигналов.

Клеточная оболочка – продукт деятельности цитоплазмы. Это мертвое образование на поверхности плазматической мембраны. Вона покрывает клетку, защищает ее от внешних воздействий и регулирует поступление и транспорт веществ из одной клетки в другую. Кл. оболочка состоит из целлюлозы, гемицеллюлозы, пектина.

Изменения клеточной оболочки:

Одервенение, сопровождающееся ее пропитыванием лигнином (это придает крепости);

Опробковение – пропитывание суберином, что делает ее непроницаемой для воды и газов;

Кутинизация – пропитывание жироподобным веществом кутином, что предохраняет растения от чрезмерного испарения воды;

Ослизнение, что защищает клетки водных растений от вымывания;

Минерализация – пропитывание кл. оболочки соединениями силициума (хвощи, осоки).

Плазмодесмы – тяжи цитоплазмы, соединяющие между собой растительные клетки.

Функции кл. оболочки: защищает содержимое, выполняет роль наружного скелета.

Поверхностный аппарат отделяет внутреннее содержимое клетки и защищает его от неблагоприятных условий окружающей среды, обеспечивает обмен веществ между клеткой и окружающей средой.

Подмембранные комплексы клетки – микронитки, микротрубочки, пелликула. В цитоплазме всех клеток есть внутренний цитоскелет (каркас), состоящий из микротрубочек, микрофиламентов и микротрабекулярной системы.

Цитоскелет определяет форму клетки, принимает участие в ее движении, делении и внутриклеточном транспортировании веществ и органелл.

Микротрубочки есть во всех эукариотических клетках и представляют собой полые неразделенные цилиндры. Это очень тонкие структуры (диаметр до 30 нм, толщина стенки 5 ни), длиной до нескольких микрометров. Цитоплазматические микротрубочки легко распадаются и собираются снова, образубтся из молекул глобулярного белка тубулина (одну субъединицу образуют две молекулы белка). Микротрубочки вместе с микротрабекулярной системой выполняют опорную функцию в клетке, придавая ей определенную форму; они также образуют веретено деления и обеспечивают расхождение хромосом к полюсам клетки, а также отвечают за передвижение клеточных органелл иди везикул (везикулы направляются в нужное место).

Микрофилламенты – тонкие нитки (диаметр 6 нм), пронизывающие всю цитоплазму клетки, особенно много их в поверхностном слое цитоплазмы, в ложноножках подвижных клеток, где они образуют плотную сеть тонких ниток, которые перекрещиваются в разных направлениях. Состоят из белковых субъединиц.

Цитоплазма – обязательная составляющая клетки, ее внутреннее содержимое полужидкое, расположено между плазматической мембраной и ядром, в ней находятся все органеллы. Имеет относительно постоянное строение, химический состав и физические свойства. Растворимая часть цитоплазмы - цитозоль – заполняет пространство между органоидами. В цитоплазме содержатся вода, соли, сахара, аминокислоты, белки, ферменты, АТФ, ионы. Цитоплазма является матриксом для всех клеточных элементов, обеспечивает взаимодействие всех клеточных структур, в ней происходят разнообразные химические реакции, по цитоплазме вещества перемещаются в клетке, а также из клетки в клетку. В состав цитоплазмы входят матрикс (гиалоплазма ), цитоскелет, органеллы и включения. Гиалоплазма – бесцветная коллоидная система клетки, в состав которой входят растворимые белки, РНК, полисахариды, липиды и определенным образом расположенные кл. структуры: мембраны, органеллы, включения. Органеллы – постоянные кл. структуры, каждая из которых выполняет определенные функции, обеспечивает те или иные процессы жизнедеятельности клетки (питание, дыхание, движение, синтез органических соединений и их транспорт, сохранение и передача наследственной информации). Органеллы еукариот делятся на двумембранные (митохондрии, пластиды), одномембранные (эндоплазматическая сетка, аппарат или комплекс Гольджи, лизосомы, вакуоли), немембранные (кл. центр, рибосомы). Включения – временные структуры клетки, к которым относятся запасные вещества или конечные продукты обмена веществ (капли жира, зерна крахмала и гликогена, кристаллы солей).

Ядро – строение ядра одинаково у всех клеток. Оно отделено от цитоплазмы двойной мембраной, или ядерной оболочкой . Внешняя мембрана ядерной оболочки, граничащая с гиалоплазмой, имеет складчатую структуру и в некоторых местах соединяется с с каналами ЭПС, на которой расположены рибосомы. Внутренняя мембрана, контактирующая с нуклеоплазмой, не содержит рибосом. Она растянута на ядерной пластинке, представляющей собой сеть микрофилламентов, образованных белком ламином. Кроме армирующей функции, ядерная пластинка используется яе\к структура для удерживания хромосом в определенном порядке, а также выполняет защитную функцию ядра в целом. Пространство между мембранами ядерной оболочки называется перинуклеарным . Ядреная оболочка пронизана большим количеством пор –сложными гетерогенными белковыми структурами, имеющими октаганальную симметрию, состоящими из связанных между собой белковых глобул. От них к центру сходятся фибриллы, формирующие перегородку(диафрагму), имеющую центральную глобулу. Совокупность пор и этих белков называют комплексом ядерной поры. Благодаря избирательной проницаемости пор ядерная оболочка контролирует обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Внутреннее содержимое ядра составляет желеобразный матрикс – нуклеоплазма (или ядерный сок). Она заполняет пространство между структурами ядра, в ней располагаются одно или несколько ядрышек, большое количество РНК и ДНК, разные белки, а также свободные нуклеотиды, аминокислоты, промежуточные продукты обмена веществ. Нуклеоплазма обеспечивает взаимосвязь всех ядерных структур.

Хроматин – место транскрипции разных видов РНК, представляет собой сплетение тонких фибрилл и гранул; основу хроматина составляют нуклеопротеиды – длинные нитепобобные молекулы ДНК, соединенные со специфическими белками – гистонами. Комплекс, сосаящий из 8 молекул белков-гистонов и обмотанный вокруг участка молекулы ДНК – нуклеосома .

Хромосомы – обеспечивают сохранение наследственной информации. Возникают из хроматина перед делением ядра и построены из молекул ДНК.

Ядрышки – округлые, плотные, не ограниченные мембраной участки кл. ядра. Форма, размеры и количество ядрышек зависит от функционального состояния ядра.

Плазматическая мембрана, или плазмалемма , - основная, универсальная для всех клеток система поверхностного аппарата. Это тонкая (2-10 нм), но довольно плотная пленка, покрывающая всю клетку. Главными химическими веществами, образующими плазматическую мембрану, являются упорядочено расположенные молекулы фосфолипидов и белков, которые как будто «вкраплены» в жидкую липидную массу, напоминая мозаику. Они объединяются нековалентными связями. Плазмалемма состоит из двух рядов липидов, неполярные гидрофобные концы которых находятся в глубине мембрани, а полярные гидрофильные головки ориентированы как ко внутренней, так и к внешней водной среде. Липидный слой не сплошной. В отдельных местах мембрана пронизывается белковыми молекулами, образующими гидрофильные поры, сквозь которые транспортируются водорастворимые вещества. Другие молекулы белка находятся на внешней или внутренней стороне мембраны. На поверхности всех эукариотических клеток есть углеводы, ковалентно связанные с мембранными белками (гликопротеидами) и в меньшей степени – с липидами (гликолипидами). Содержание углеводов в плазматических мембранах варьирует от 2 до 10%. Мембраны разных типов клеток существенно отличаются по химическому составу и по относительному содержанию в них белков, гликопротеидов, липидов и, соответственно, по характеру находящихся в них рецепторов. Поэтому каждый тип клеток характеризуется индивидуальностью, которая в основном определяется гликопротеидами. Разветвленные цепи гликопротеидов, выступающие над кл. мембраной, принимают участие в распознавании факторов внешней среды и в реакциях клетки на их действие.

С молекулами определенных веществ, входящих в состав мембран, могут взаимодействовать вирусы, вследствие чего вирус проникает (если произошло взаимодействие) в клетку.

Мембраны образуют межклеточные контакты. Связи между клетками: простое неспециализированное межклеточное соединение – контакт плазмалемм клетки, при котором взаимодействуют слои гликокаликса обеих клеток; плотный замыкающий контакт характерен для клеток эпителиальной выстилки пищеварительного тракта и эпителия желез. Цитоплазма соседних растительных клеток связана одна с другой тонкими трубчатыми каналами – плазмадесмами . Плазмодесмы проходят через каналы пор первичной кл. стенки. Полость таких каналов выстелена мембранами ЭПС. Укрепление контакта между животными клетками достигается формированием десмосом – образований цитоплазмы двух соседних клеток, каждая из которых формирует толстую плстинку прикрепления. Между пластинками находится межклеточная щель, заполненная плотным веществом, образованным молекулами интегральных гликопротеидов. Со стороны гиалоплазмы в зоне десмосомы располагается плотный слой другого белка, в который вплетаются промежуточные элементы цитоскелета. Десмосомы являются характерными контактами кардиомиоцитов, эпителиальных и эндотелиальных клеток.

Четкая структурная организация и упорядоченность плазмалеммы обусловливает еще одну ее жизненно важную функцию – полупроницаемость, т. е. способность избирательно пропускать в клетку и из клетки разные молекулы и ионы. Благодаря этому в клетке образуется и поддерживается соответствующая концентрация ионов и осуществляются осмотические процессы.

Эндоплзаматический ретикулум – сложная система мембран, которая пронизывает цитоплазму всех эукариотических клеток. Состоит из плоских мембранных мешочков – цистерн. Цистерна может быть покрыта рибосомами и тогда он называется зернистой (шероховатой) ЕП; если рибосомы отсутствуют – то она называется незернистой (гладкой) ЕПС. Другими видами мембран, из которых состоит ЭПС, являются разделенные мембранные трубочки, внутреннее пространство которых содержит большое количество специфических ферментов и везикул – маленьких, окруженных мембраной пузырьков, которые находятся преимущественно рядом с цистернами и трубочками. Вони обеспечивают перенос синтезируемых веществ.

Функции зернистой ЭПС связаны с транспортом белков, которые синтезируются в рибосомах и расположены на ее поверхности. Синтезированные белки поступают внутрь ЭПС, скручиваются и приобретают третичную структуру. Обычный для белка путь – это путь через зернистую ЭПС в аппарат Гольджи, откуда он или выходит наружу клетки, или попадает в другие органеллы этой же клетки, например в лизосомы, или откладывается в виде запасных гранул.

Одной из важных функций незернистой ЭПС является синтез липидов. В эпителии кишечника незернистая ЭПС синтезирует липиды из жирных кислот и глицерина, которые потом всасываются в стенки кишечника и попадают в аппарат Гольджи для экспорта.

Аппарат Гольджи (АГ) – образован комплексом из десятков сплющенных дискообразных цистерн, мешочков, трубочек, везикул. Хорошо развит в секреторных клетках. Отдельную совокупность мешочков и трубочек называют диктиосомой . Они могут быть отделены друг от друга прослойкой цитоплазмы или объединены в комплекс. Внутреннее мембранное пространство заполнено матриксом, содержащим специфические ферменты. АГ имеет две зоны: формирования, куда с помощью везикул поступает синтезированный в ЭПС материал, и созревания, где формируются секрет и секреторные мешочки.

Функции АГ:

Накопления и модификации макромолекул, синтезированных в ЭПС;

Образование и модификация углеводов;

Образование гликопротеидов;

Имеет важное значение для обновления цитоплазматической мембраны за счет образования мембранных везикул, которые затем сливаются с кл. мембраной;

Образование лизосом;

Образование пероксисом.

АГ – главный регулятор движения макромолекул в клетке; собирает их в транспортные везикулы, распределяет по клетке и за ее пределами.

Вакуоли - большие пузырьки или полости в цитоплазме, заполненные в основном водным содержимым. Образуются из пузыреобразных расширений ЭПС или из пузырьков АГ и есть во всех растительных и грибных клетках, а также в клетках многих протистов. Тонопласт – мембрана окружающая вакуоль. Вакуоль заполнена кл. соком (водный раствор органических и неорганических веществ). Тонопласт – мембрана, окружающая вакуоль. Вакуоли заполнены кл. соком (водный раствор разны органических и неорганических веществ, большинство из которых являются продуктами метаболизма протопласта), могут появляться и исчезать в разные периоды жизни клетки. Играют роль в поглощении води растительными организмами.

В цитоплазме простейших есть пищеварительные (выполняет функцию пищеварения, в ее полость выделяются ферменты, переваривает поглощенные частички еды) и сократительные (регулируют осмотическое давление, выводят из организма продукты распада) вакуоли.

Рибосомы – гранулоподобные сферические тельца маленького размера, в период функционирования состоят из двух субъединиц, располагаются в цитоплазме или связаны с мембранами ЭПС. Основная функция – синтез белка. Субъединицы рибосом образуются в ядрышке и затем через ядерные поры отдельно друг от друга поступают в цитоплазму. Их количество в цитоплазме зависит от синтетической активности клетки и может составлять от сотни до тысячи на одну клетку. Наибольшее количество рибосом в клетках, синтезирующих протеины. Есть они и в митохондриальном матриксе и хлоропластах. Каждая субъединица состоит из нескольких видов РНК и десятка видов белков приблизительно одинаковой пропорции. Маленькая и большая субъединицы находятся в цитоплазме отдельно, пока не соединятся для биосинтеза белка.

Клеточный центр (центросома) – органелла, состоящая из центриолей и лучистой сферы вокруг них. Локализуется возле ядра, не имеет мембранной оболочки.

Лизосомы – одномембранные органеллы клетки, овальной формы, содержат набор ферментов, расщепляющих до мономеров белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды, поступающие в клетки путем фагоцитоза и пиноцитоза. Мембрана очень крепкая, предотвращающая проникновение собственных ферментов в цитоплазму клетки. Если лизосома повреждается вследствие внешних влияний, то разрушается вся клетка или ее часть. Существует два основные вида лизосом: первичные – вместилище ферментов, но не принимают участие во внутриклеточном переваривании, и вторичные – связаны с литическими процессами, образуются при слиянии первичных лизосом с пино- и фагоцитозными пузырями, содержащими предназначенный для переваривания материал.

Пероксисомы – мелкие мембранные пузыри, содержащие ферменты каталазу и пероксидазу. Ферменты пероксисом нейтрализуют образующуюся в них перекись водорода, расщепляя ее с выделением воды и кислорода. Принимают участие в метаболизме липидов, холестерина и др.

Митохондрии – преобразуют энергию химических связей органических веществ энергию фосфатных связей молекулы АТФ. Это довольно большие овальные органеллы, покрытые двумя мембранами. Есть практически у всех эукариот за исключением простейших т эритроцитов. Хаотично размещены в цитоплазме, но чаще всего находятся возле ядра или в местах с высокими потребностями энергии. В мышечных клетках располагаются между миофибриллами. Могут изменять структуру и форму, а также двигаться внутри клетки. Внешняя мембрана легко проницаемы для многих органических молекул. Содержит ферменты, превращающие вещества на реакционно способные субстраты. Участвует в образовании межмембранного пространства. Внутренняя мембрана малопроницаема для большинства веществ. Образует изгибы внутрь матрикса – кристы. Содержат белки, принимающие участие в следующих процессах:ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции дыхательной цепи и транспорта электронов; специфические транспортные белки участвуют в образовании избытка Н + в межмембранном пространстве; ферментативный комплекс АТФ-синтазы, синтезирующий АТФ. Матрикс – внутреннее пространство митохондрий, ограниченное мембраной. Содержит сотни разных ферментов, участвующих в разрушении органических веществ даже до СО 2 и Н 2 О. В матриксе также есть рибосомы и молекула митохондриальной ДНК. ДНК и рибосомы митохондрий обеспечивают синтез необходимых этой органелле белков, которые не образуются в цитоплазме.

Пластиды – присущи только растениям. У высших растений образуются из пропластид – мелких телец, содержащихся в меристематических клетках растений. Окружены двойной мембраной – будущей оболочкой пластид. Хлоропласты – пластиды, содержащие хлорофилл и каротиноиды и осуществляют фотосинтез. Располагаются в основном в листья. Имеют вид двувыпуклой линзы, а сверху выглядят округлыми. В хлоропластах всегда содержится хлорофилл и другие фотосинтезирующие ферменты, погруженные в строму. Мембранная система – место, где осуществляется реакции световой фазы фотосинтеза. Кроме ферментов, в мембранах есть ферменты, а также переносчики электронов. Вся система состоит из большого количества плоских, заполненных жидкостью мешочков – тилакоидов, собранных в кучки – граны. Граны соединяются друг с другом ламеллами. Каждая грана похожа на кучку сложенных в стопку монет, а ламеллы выглядят или как разделенные канальцы, или как плоские удлиненные складки. В строме хлоропластов есть молекулы ДНК, рибосомы, зерна крахмала, капли жира. Хромопласты – нефотосинтезирующие окрашенные пластиды, содержащие красные, оранжевые и желтые пигменты (каротиноиды). Больше всего их в плодах и цветах. Внутренняя система мембран у них отсутствует или образована отдельными тилакоидами. Лейкопласты – бесцветные пластиды, не имеющие пигментов. Сохраняют питательные вещества, поэтому их много в корнях, семенах и молодых листьях. В амилопластах запасается крахмал, липидопластах – липиды в виде жиров или масел, протеинопластах – белки. В их строме есть только один или несколько изгибов внутренней мембраны. Важная особенность хлоропластов, кроме способности к фотосинтезу, наличие белоксинтезирующей системы. Пластиды одного типа могут превращаться в пластиды другого.

Органеллы движения. Псевдоподии – амебовидные временные выпячивания цитоплазмы некоторых простейших (амебы, радиолярии) или клеток многоклеточных животных (лейкоцитов). Возникают за счет движения цитоплазмы. В основе амебного движения – движение сократительных белков, также они обеспечивают захват твердых питательных частиц (фагоцитоз). Жгутики и реснички – нитеобразные выросты клеточной поверхности. Имеют сходную структуру: 9 пар микротрубочек, расположенных кольцом, и 2 одиночные микротрубочки в центре этого кольца. В основании кольца содержатся базальные тельца: у жгутиков их два, а у ресничек – одно. Движение жгутиков винтообразное, происходит за счет освобождения энергии АТФ. Движение ресничек напоминает работу весел, они помогают некоторым организмам (инфузории) двигаться в жидкой среде или создавать возле поверхности некоторых клеток поток жидкости, которая втягивает за собой разнообразные частички.

РАСТЕНИЯ

Ботаника – комплексная наука о растениях, изучающая их происхождение, развитие, внешнее и внутреннее строение, классификацию, географическое распространение, экологию и охрану.

Современная ботаника – многоотраслевая наука, охватывающая целый ряд разделов:

Систематика растений – изучает их классификацию;

Морфология – внешнее строение;

Анатомия – внутреннее строение;

Физиология – жизнедеятельность и функции;

Палеоботаника – ископаемые растения;

Геоботаника – растительные группировки.

Традиционно в ботанику включают микологию – науку про грибы, лихенологию – науку про лишайники.

Строение растительных и животных клеток несколько различается. В этой статье мы рассмотрим основные особенности данных структурно-функциональных единиц организма. Будут разобраны сходства и различия растительной и животной клетки.

Как устроена малейшая единица организма

Строение растительных и животных клеток предусматривает наличие трех основных компонентов: мембраны с надмембранными образованиями, цитоплазмы и ядра.

Мембрана отделяет содержимое клетки от внешней среды. Она состоит из двух слоев: фосфолипидного и белкового. Над ней находятся дополнительные оболочки (стенка или гликокаликс).

Цитоплазма состоит из гиалоплазмы (жидкой внутренней среды), включений (временных образований в виде капель или кристаллов запасных питательных веществ) и органоидов (постоянных структур, которые выполняют определенные функции). О последних поговорим подробнее.

Какие бывают органоиды

Строение растительных и животных клеток предусматривает наличие трех групп одномембранных и двумембранных.

Немембранные и одномембранные органоиды общие как для растительной, так и для животной клеток.

К первой группе относятся такие структуры, как клеточный центр, рибосомы, микротрубочки и микрофиламенты. Все они выполняют свои определенные функции. Так, клеточный центр принимает участие в образовании веретена деления. Рибосомы отвечают за процесс трансляции - формирование полипептидной цепи из отдельных аминокислот. Микротрубочки и микрофиламенты формируют цитоскелет, который выполняет транспортную и механическую функции.

Еще одно клеток заключается в том, что и те и другие обладают одномембранными органоидами. Это лизосомы, эндоплазматический ретикулум, комплекс Гольджи. Эндоплазматический ретикулум отвечает за синтез жиров и углеводов. Комплекс Гольджи принимает участие в сортировке и модификации белков. Лизосомы содержат ферменты, которые необходимы для клеточного пищеварения.

Строение растительных и животных клеток различается, но эти обе клетки имеют ещё одну общую группу двумембранных органоидов - это митохондрия. Она отвечает за дыхание, в результате которого вырабатывается энергия.

Чем отличается строение растительных и животных клеток

В первую очередь эти структуры отличаются тем, что у растений поверх мембраны есть плотная стенка, у животных она отсутствует. растений состоит из целлюлозы. У животных вместо нее поверх находится гликокаликс.

Также одно из основных отличий растительной и животной клеток - запасное вещество. У растений включения в основном состоят из крахмалла, а у животных - из гликогена.

Следующее различие между этими двумя в органоидах. Рассмотрим этот пункт подробнее.

Органоиды, свойственные только растениям

Кроме тех органелл, которые были упомянуты выше, представители флоры также обладают специфическими, которых у животных нет.

Во-первых, это пластиды. Они бывают трех видов: лейкопласты, хромопласты и хлоропласты. В первых запасаются питательные вещества, в основном крахмал. Вторые содержат различные пигменты, которые придают растениям определенный цвет. К примеру, большое количество хромопластов содержится в клетках лепестков. Хлоропласты же отвечают за фотосинтез - процесс получения органических веществ из неорганических с использованием солнечной энергии.

Еще одним органоидом, характерным только для растительных клеток, является вакуоль. В ней содержится клеточный сок. Вакуоль участвует в процессе осмоса.

"Биология. Живой организм. 6 класс". Н.И. Сонин

Строение, функции растительной и животной клетки

Вопрос 1.
Клетка любого организма, представляет собой целостную живую систему. Она состоит из трех неразрывно связанных между собой частей: оболочки, цитоплазмы и ядра. В бактериальной клетке ядро отсутствует.

Вопрос 2.
Строение и функции клетки изучает цитология. Цитология (от греч. citoz – клетка, ячейка).

Вопрос 3.
Оболочка клеток имеет сложное строение. Она состоит из наружного слоя и расположенной под ним плазматической мембраны. Плазматическая мембрана (лат. «мембрана»-кожица, пленка), граничащая непосредственно с цитоплазмой. В состав плазматической мембраны входят белки и липиды. Они упорядочено расположены и соединены друг с другом химическими взаимодействиями. По современным представлениям молекулы липидов в плазматической мембране расположены в два ряда и образуют сплошной слой. Молекулы белков не образуют сплошного слоя, они располагаются в слое липидов, погружаясь в него на разную глубину. Толщина плазматической мембраны около 10 нм, изучение ее строения и функций возможно только с помощью электронного микроскопа.
Плазматическая мембрана выполняет много важных функций, от которых завидят жизнедеятельность клеток. Одна из таких функций заключается в том, что она образует барьер, отграничивающий внутреннее содержимое клетки от внешней среды. Но между клетками и внешней средой постоянно происходит обмен веществ. Из внешней среды в клетку поступает вода, разнообразные соли в форме отдельных ионов, неорганические и органические молекулы. Они проникают в клетку через очень тонкие каналы плазматической мембраны. Во внешнюю среду выводятся продукты, образованные в клетке. Транспорт веществ- одна из главных функций плазматической мембраны. Через плазматическую мембрану из клети выводятся продукты обмена, а также вещества, синтезированные в клетке. К числу их относятся разнообразные белки, углеводы, гормоны, которые вырабатываются в клетках различных желез и выводятся во внеклеточную среду в форме мелких капель.
Клетки, образующие у многоклеточных животных разнообразные ткани (эпителиальную, мышечную и др.), соединяются друг с другом плазматической мембраной. В местах соединения двух клеток мембрана каждой из них может образовывать складки или выросты, которые придают соединениям особую прочность.
Соединение клеток растений обеспечивается путем образования тонких каналов, которые заполнены цитоплазмой и ограничены плазматической мембраной. По таким каналам, проходящим через клеточные оболочки, из одной клетки в другую поступают питательные вещества, ионы, углеводы и другие соединения.
На поверхности многих клеток животных, например, различных эпителиев, находятся очень мелкие тонкие выросты цитоплазмы, покрытые плазматической мембраной, - микроворсинки. Наибольшее количество микроворсинок находится на поверхности клеток кишечника, где происходит интенсивное переваривание и всасывание переваренной пищи.

Вопрос 4.
Фагоцитоз (греч. рhagos – пожирать, cytos – вместилище) – это захват и поглощение клеткой крупных частиц (иногда целых клеток и их частиц). При этом плазматическая мембрана образует выросты, окружает частицы и в виде вакуолей перемещает их внутрь клетки. Этот процесс связан с затратами мембраны и энергии АТФ. Фагоцитоз был впервые описан И.И. Мечниковым при изучении деятельности лейкоцитов и макрофагов, которые защищают организм от патогенных микроорганизмов и других нежелательных частиц. Благодаря фагоцитарной деятельности, организм оказывается невосприимчивым к ряду инфекционных заболеваний. Это явление легло в основу его фагоцитарной теории иммунитета. Путем фагоцитоза осуществляется внутриклеточное пищеварение у простейших и низших беспозвоночных. У высокоорганизованных животных и человека фагоцитоз играет защитную роль (захват лейкоцитами и макрофагами патогенных микроорганизмов).
Вопрос 5.
Цитоплазма представляет собой внутреннюю полужидкую среду клеток. В цитоплазме эукариотических клеток располагаются ядро и различные органоиды. Ядро располагается в центральной части цитоплазмы. В ней сосредоточены и разнообразные включения - продукты клеточной деятельности, вакуоли, а также мельчайшие трубочки и нити, образующие скелет клетки. В составе основного вещества цитоплазмы преобладают белки. В цитоплазме протекают основные процессы обмена веществ, она объединяет в одно целое ядро и все органоиды, обеспечивает их взаимодействие, деятельность клетки как единой целостной живой системы.

Вопрос 6.
В одной клетке содержится много тысяч рибосом, они располагаются либо на мембранах гранулярной эндоплазматической сети, либо свободно лежат в цитоплазме. В состав рибосом входят белки и РНК. Функция рибосом - это синтез белка. Синтез белка - сложный процесс, который осуществляется не одной рибосомой, а целой группой, включающей до нескольких десятков объединенных рибосом. Такую группу рибосом называют полисомой. Синтезированные белки сначала накапливаются в каналах и полостях эндоплазматической сети, а затем транспортируются к органоидам и участкам клетки, где они потребляются. Эндоплазматическая сеть и рибосомы, расположенные на ее мембранах, представляют собой единый аппарат биосинтеза и транспортировки белков.

Вопрос 7.
Эндоплазматическая сеть (эндоплазматический ретикулум, ЭПС) - одномембранные органеллы, общего типа, которые представляют собой каналы плазматической мембраны разной формы и величины. ЭПС бывает гладкая и гранулярная.
На мембранах каналов и полостей гранулярной сети располагается множество мелких округлых телец - рибосом, которые придают мембранам шероховатый вид. Мембраны гладкой эндоплазматической сети не несут рибосом на своей поверхности.
Эндоплазматическая сеть выполняет много разнообразных функций. Основная функция гранулярной эндоплазматической сети - участие в синтезе белка, который осуществляется в рибосомах.
На мембранах гладкой эндоплазматической сети происходит синтез липидов и углеводов. Все эти продукты синтеза накапливаются на каналах и полостях, а затем транспортируются к различным органоидам клетки, где потребляются или накапливаются в цитоплазме в качестве клеточных включений. Эндоплазматическая сеть связывает между собой основные органоиды клетки.

Вопрос 8.
Лизосомы - одномембранные органеллы общего типа. Мембранные пузырьки, содержащие расщепляющие ферменты.
Функции: 1) внутриклеточное пищеварение; 2) обеспечивают разрушение ненужных структур в клетке; 3) выделяют ферменты из клетки наружу например, при метаморфозе (у насекомых, амфибий), при замене хряща костной тканью – эти процессы называются физиологическим лизисом; 4) эндогенное питание в условиях голодания. 5) участвуют в детоксикации чужеродных веществ поглощаемых фаго- и пиноцитозом. Известно более 25 наследственных заболеваний, связанных с патологией лизосом.

Вопрос 9.
Аппарат Гольджи - одномембранная органелла общего типа, которая состоит из цистерн, мелких и крупных вакуолей. Диктиосома - стопка цистерн. Все диктиосомы клетки соединяются между собой.
Функции: 1) обезвоживание, накопление и упаковка веществ в мембраны; 2) транспорт веществ из клетки; 3) синтезирует полисахариды и присоединяет их к белкам с образованием гликопротеидов, которые обновляют гликокаликс. Гликопротеин (муцин) является важной частью слизи. 4) образует первичные лизосомы; 5) формирует включения; 6) участвует в обмене веществ в клетке; 7) формирует пероксисомы или микротельца; 8) сборка и "рост" мембран, которые затем окружают продукты секреции. 9) участвует в секреции воска растительных клеток.
В растительных клетках диктиосомы могут располагаться отдельными мембранами.

Вопрос 10.
Ядро в клетке выполняет основные функции:
1) хранение и воспроизведение наследственной информации,
2) регуляция обмена веществ в клетке.
Форма ядра может быть шаровидная, округлая, палочковидная и лопастная. Форма ядра зависит как от формы клетки, так и от функции, то есть чем активнее идут физиологические процессы в клетке, тем сложнее форма ядра. При увеличении объема ядра, увеличивается и объем цитоплазмы, и это соотношение называется ядерно-плазменным отношением и играет большую роль при делении клеток.

Вопрос 11.
Ядрышки – это округлые, сильно уплотненные, не ограниченные мембраной участки ядра. Форма их, размеры и количество зависит от функционального состояния ядра. В клетке, выполняющей функцию синтеза большого количества белка, в ядре будет несколько ядрышек или они будут крупные и рыхлые, т.е. функция ядрышка – это синтез р-РНК и сборка малой и большой субъединиц рибосом.

Вопрос 12.
Хромосома – это пара хроматид. Хроматида – это особым образом упакованный хроматин. Хроматин – это комплекс ДНК и белков. Если хроматин принимает форму окрашенной нити или струны, то эта структура называется хромонема. Пара скрученных хромонем и образует хроматиду.
Материнская хроматида - это и есть дочерняя хромосома.
Каждый вид имеет постоянное число хромосом. Например: человек- 46, ясень обыкновенный –46, дрозофила –8, шимпанзе- 48, таракан –48, сладкий перец-48. Хромосома имеет свою гомологичную пару, т.е. число хромосом четное. Например: у человека-23 пары и т.д.
Индивидуальности. Каждая хромосома имеет свою форму, величину и совокупность генов. Каждая хромосома образуется от хромосомы в результате репликации.
Уровень организации вида не зависит от количества хромосом, а зависит от наследственной информации. Парные хромосомы называют гомологичными. Одна хромосома в паре происходит от материнского организма, другая - от отцовского. Хромосомы из разных пар называют не гомологичными.