Особенности строения клеток различных организмов
Общая характеристика клетки
Особенности строения клеток различных организмов
Химический состав клеток
Общая характеристика клетки
Клетки отличаются друг от друга по размеру, форме, функциям, продолжительности жизни. Так размеры клеток варьируют от 0,2-0,25 мкм (некоторые бактерии) до 155 мм (яйцо страуса в скорлупе). Диаметр большинства эукариотных клеток составляет от 10 до 100 мкм. По форме клетки бывают шаровидные, овальные, кубические, призматические, звездчатые, дисковидные, с разнообразными отростками и другие. Форма клетки зависит от выполняемой ею функции. В многоклеточном организме клетки выполняют различные функции: одни клетки синтезируют пищеварительные ферменты или гормоны, другие поглощают и переваривают микробы и другие инородные тела, третьи осуществляют перенос кислорода от легких к тканям и т. д. Так клетки позвоночных животных имеют около 200 типов специализаций. Многие клетки полифункциональны. Например, клетки печени синтезируют различные белки плазмы крови и желчь, накапливают гликоген и превращают его в глюкозу, окисляют чужеродные вещества. В зависимости от специализации клетки имеют разную продолжительность жизни. Так у человека минимальная продолжительность жизни клеток составляет 1-2 суток (клетки кишечного эпителия),а максимальная соответствует продолжительности жизни (нейроны).
Несмотря на огромное разнообразие, клетки имеют общие черты строения. В клетке различают три основные части: плазматическую мембрану, цитоплазму и ядро. Цитоплазмасоставляет основную часть клетки и представляет собой внутреннюю полужидкую среду клеток и имеет сложное физико-химическое строение. В состав цитоплазмы входят вода, аминокислоты, белки, углеводы, АТФ, ионы неорганических веществ (преобладают белки). Цитоплазму подразделяют на три части: гиалоплазму, органоиды и включения. Гиалоплазма- жидкая вязкая фаза цитоплазмы клетки. Органоиды(маленькие органы) – специализированные постоянные компоненты цитоплазмы, обладающие тем или иным строением и выполняющие в жизнедеятельности клетки различные функции. Все органоиды клетки тесно связаны между собой. Универсальными органоидами эукариотных клеток являются в ядре– хромосомы, в цитоплазме – митохондрии, эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы. Во многих клетках присутствуют также мембранные структуры, способствующие поддержанию формы клетки – микротрубочки, микрофибриллы и др. Включения - необязательные компоненты (отложения запасных веществ или продуктов метаболизма). Органоиды бывают двух типов: мембранные (лизосомы, диктиосомы, эндоплазматический ретикулум, митохондрии, вакуоли растительных клеток, пластиды) и немембранные (рибосомы, центриоль, микротрубочки, реснички и жгутики).
Функции цитоплазмы:
1. Обеспечение взаимодействия всех органоидов.
2. В ней протекают основные процессы обмена веществ.
Кроме общих особенностей в строении, клетки имеют ряд общих свойств. К ним относятся подвижность, раздражимость, метаболизм и размножение.
Подвижность проявляется в различных формах:
1) Внутриклеточное движение цитоплазмы клетки.
2) Амебовидное движение. Эта форма движения выражается в образовании цитоплазмой псевдоподий в сторону того или иного раздражителя или от него. Эта форма движения присуща амебе, лейкоцитам крови, а также некоторым тканевым клеткам.
3) Мерцательное движение. Проявляется в виде биений крошечных протоплазматических выростов – ресничек и жгутиков. Присуща инфузориям, клеткам эпителия многоклеточных животных, спермиям и др.
4) Сократительное движение. Обеспечивается благодаря присутствию в цитоплазме специального органоида миофибрилл, укорочение или удлинение которого способствуют сокращению и расслаблению клетки. Способность к сокращению наиболее развита у мышечных клеток.
Раздражимость выражается в способности клеток реагировать на раздражение изменением обмена веществ и энергии.
Метаболизм включает все превращения вещества и энергии, протекающие в клетках.
Размножение одна из основных функций, характерных для живого вообще и для клетки в частности. Размножение обеспечивается способностью клетки к делению и образованию дочерних клеток (некоторые высокодифференцированные клетки эту способность утратили). Именно способность воспроизводить самих себя и позволяет считать клетки мельчайшими единицами живого. Более мелкие единицы этих свойств не проявляют. Р. Вирхов писал: «Клетка есть последний морфологический элемент всех живых тел, и мы не имеем права искать настоящей жизнедеятельности вне ее» (1858).
Особенности строения клеток различных организмов
Все известные организмы подразделяются на на две группы: прокариоты и эукариоты. К прокариотам относятся бактерии (эубактерии и архебактерии) а к эукариотам – грибы, растения и животные, большинство из которых являются многоклеточными организмами и только некоторые – одноклеточными. Различия между прокариотами и эукариотами так существенны, что в системе организмов их выделяют в надцарства.
Эукариоты(от греч. эу – хорошо, полностью и греч. karyon – ядро) – организмы, клетки которых содержат оформленные ядра. К эукариотам относятся все высшие животные, растения, а также одноклеточные и многоклеточные водоросли, грибы, простейшие.
Прокариоты(от лат. pro – раньше, перед и греч. karyon - ядро) – организмы, клетки которых не имеют ограниченного мембраной ядра. Аналогом ядра является нуклеоид, состоящий из кольцевой молекулы ДНК, связанной с небольшим количеством белка. Клетки прокариот имеют жесткую защитную оболочку (клеточная стенка), под которой находится плазматическая мембрана. Плазматическая мембрана обычно образует выпячивания внутрь цитоплазмы – мезосомы. На мембранах мезосом располагаются окислительно-восстановительные ферменты, а у фотосинтезирующих прокариот соответствующие пигменты (бактериохлорофилл, хлорофилл, фикоцианин). Благодаря этому такие мембраны, способны выполнять функции митохондрий, хлоропластов и других органоидов. В тоже время хлоропласты, митохондрии, лизосомы, комплекс Гольджи, эндоплазматический ретикулум, присущие клеткам эукариот, у прокариот отсутствуют. Бактерии очень малы и способны быстро размножаться путем простого бинарного деления (митоз у прокариот отсутствует). В оптимальных условиях прокариотическая клетка способна делиться каждые 20 минут. Благодаря быстрому темпу размножения, бактериальные популяции стремительно адаптируются к изменениям окружающей среды и занимают в природе все возможные экологические ниши (почву, воду, воздух, болота, океанические глубины, горячие источники и др.).
Таким образом, основными отличиями эукариот от прокариот являются:
1) Наличие ядра. Это наиболее важный отличительный признак эукариотических клеток.
2) Размер. Клетки прокариот имеют очень небольшие размеры (около 1 мкм). Объем эукариотических клеток, содержащих полноценное ядро, в 800-1000 раз больше объема клеток прокариот.
3) Особенности строения ДНК. ДНК эукариот представляют собой очень длинные линейные молекулы (от 107 до более чем 1010 пар оснований). Они локализованы в ядре, связаны с гистонами и включают некодирующие области (интроны). Напротив, ДНК прокариот представляют собой более короткие (до 5ּ106 пар оснований) кольцевые молекулы, расположенные в цитоплазме и не имеющие интронов.
4) Специализация. Структуры и функции эукариотических клеток сложнее и более специализированы, чем структуры и функции клеток прокариот. Эукариотические клетки состоят из специализированных отделов – органоидов.
Органоиды выполняют специфические функции в жизни клетки. Прокариотические клетки обладают единой мембранной системой, включающей как плазмалемму, так и различные выросты из нее, зачастую выполняющие специфические функции.
5) Пространственная разобщенность процессов синтеза РНК и белков. У эукариот протекают в различных отделах клеток и механизмы их регулирования не зависят один от другого. У прокариот, напротив, эти процессы значительно проще и взаимосвязаны.
Согласно современным представлениям, прокариоты вместе с предками эукариот относятся к наиболее древним организмам и имеют общее происхождение. Довод в пользу единого происхождения клеток прокариот и эукариот заключается в принципиальном сходстве их генетического аппарата.
Отличия растительных и животных клеток. У растительной клетки поверх мембраны имеется наружная стенка из целлюлозы и других материалов. Клеточная оболочка представляет собой внешний защитный каркас, обеспечивает тургор растительных клеток, пропускает воду, соли, молекулы многих органических веществ. Клеточная стенка растений, бактерий и цианобактерий препятствует фагоцитозу и поэтому фагоцитоз у них практически отсутствует. Клетки растений соединяются с помощью особых каналов, заполненных цитоплазмой и ограниченных плазматической мембраной. По этим каналам, проходящим через клеточные оболочки, из одной клетки в другую поступают питательные вещества, ионы и другие соединения.
Клетки животных, образующие различные ткани (эпителиальную, мышечную и др.), соединяются друг с другом плазматической мембраной. В местах соединений образуются складки или выросты, которые придают соединениям особую прочность. У большинства клеток (особенно животных) наружная сторона мембраны покрыта слоем полисахаридов и гликопротеидов (гликокаликс). Гликокаликс - очень тонкий, эластичный слой (в световой микроскоп не виден). Гликокаликс, как и целлюлозная стенка растений, прежде всего, осуществляет функцию непосредственной связи клеток с внешней средой. Однако, в отличие от растительной стенки он не обладает опорной функцией. Отдельные участки мембраны и гликокаликса могут дифференцироваться и превращаться в микроворсинки (обычно на поверхности клетки, которая контактирует с окружающей средой); межклеточные соединения и связи, находящиеся между клетками ткани, имеющими различную структуру. Одни из них играют механическую роль (межклеточные соединения), а другие участвуют в межклеточных обменных процессах, изменяя электрический потенциал мембраны.