Строение эукариотической клетки

Плазмалемма(клеточная оболочка) животных клеток образована мембраной, покрытой снаружи слоем гликокаликса толщиной 10-20 нм. Плазмалемма выполняет отграничивающую, барьерную, транспортную и рецепторную функции. Благодаря свойству избирательной проницаемости плазмалемма регулирует химический состав внутренней среды клетки. В плазмалемме размещены молекулы рецепторов, которые избирательно распознают определенные биологически активные вещества (гормоны). В пластах и слоях соседние клетки удерживаются благодаря наличию разного вида контактов, которые представлены участками плазмалеммы, имеющими особое строение. Изнутри к мембране примыкает кортикальный (корковый) слойцитоплазмы толщиной 0,1—0,5 мкм.

Цитоплазма. В цитоплазме находится целый ряд оформленных структур, имеющих закономерные особенности строения и поведения в разные периоды жизнедеятельности клетки. Каждая из этих структур несёт определенную функцию. Отсюда возникло сопоставление их с органами целого организма, в связи с чем они получили название органеллы, или органоиды. В цитоплазме откладываются различные вещества - включения (гликоген, капли жира, пигменты). Цитоплазма пронизана мембранамиэндоплазматической сети.

Эндоплазматическая сеть (ЭДС). Эндоплазматическая сеть - это разветвлённая сеть каналов и полостей в цитоплазме клетки, образованная мембранами. На мембранах каналов находятся многочисленные ферменты, обеспечивающие жизнедеятельность клетки. Различают 2 вида мембран ЭДС - гладкие и шероховатые. На мембранахгладкой эндоплазматической сети находятся ферментные системы, участвующие в жировом и углеводном обмене. Основная функция шероховатой эндоплазматической сети - синтез белков, который осуществляется в рибосомах, прикрепленных к мембранам. Эндоплазматическая сеть - это общая внутриклеточная циркуляционная система, по каналам которой транспортируются вещества внутри клетки и из клетки в клетку.

Рибосомы осуществляют функцию синтеза белков. Рибосомы представляют собой сферические частицы диаметром 15-35нм, состоящие из 2 субъединиц неравных размеров и содержащие примерно равное количество белков и РНК. Рибосомы в цитоплазме располагаются или прикрепляются к наружной поверхности мембран эндоплазматической сети. В зависимости от типа синтезируемого белка рибосомы могут объединяться в комплексы - полирибосомы. Рибосомы присутствуют во всех типах клеток.

Комплекс Гольджи. Основным структурным элементом комплекса Гольджи является гладкая мембрана, которая образует пакеты уплощенных цистерн, или крупные вакуоли, или мелкие пузырьки. Цистерны комплекса Гольджи соединены с каналами эндоплазматической сети. Синтезированные на мембранах эндоплазматической сети белки, полисахариды, жиры транспортируются к комплексу, конденсируются внутри его структур и "упаковываются" в виде секрета, готового к выделению, либо используются в самой клетке в процессе её жизнедеятельности.

Митохондрии. Всеобщее распространение митохондрий в животном и растительном мире указывают на важную роль, которую митохондрии играют в клетке. Митохондрии имеют форму сферических, овальных и цилиндрических телец, могут быть нитевидной формы. Размеры митохондрий 0,2-1мкм в диаметре, до 5-7мкм в длину. Длина нитевидных форм достигает 15-20мкм. Количество митохондрий в клетках различных тканей неодинаково, их больше там, где интенсивны синтетические процессы (печень) или велики затраты энергии. Стенка митохондрий состоит из 2-х мембран - наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, а от внутренней внутрь органоида отходят перегородки - гребни, или кристы. На мембранах крист находятся многочисленные ферменты, участвующие в энергетическом обмене. Основная функция митохондрий – синтез АТФ.

Лизосомы - небольшие овальные тельца диаметром около 0,4мкм, окруженные одной трехслойной мембраной. В лизосомах находится около 30 ферментов, способных расщеплять белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, липиды и др. вещества. Расщепление веществ с помощью ферментов называется лизисом, поэтому и органоид назван лизосомой. Полагают, что лизосомы образуются из структур комплекса Гольджи либо непосредственно из эндоплазматической сети. Функции лизосом: внутриклеточное переваривание пищевых веществ, разрушение структуры самой клетки при её отмирании в ходе эмбрионального развития, когда происходит замена зародышевых тканей на постоянные, и в ряде других случаев.

Центриоли. Клеточный центр состоит из 2-х очень маленьких телец цилиндрической формы, расположенных под прямым углом друг к другу. Эти тельца называются центриолями. Стенка центриоли состоит из 9-ти пар микротрубочек. Центриоли способны к самосборке и относятся к самовоспроизводящимся органоидам цитоплазмы. Центриоли играют важную роль в клеточном делении: от них начинается рост микротрубочек, образующих веретено деления.

Ядро. Ядро - важнейшая составная часть клетки. Оно содержит молекулы ДНК и поэтому выполняет две главные функции: 1) хранение и воспроизведение генетической информации, 2) регуляция процессов обмена веществ, протекающих в клетке. Клетка утратившая ядро, не может существовать. Ядро также неспособно к самостоятельному существованию. Большинство клеток имеет одно ядро, но можно наблюдать 2-3ядра в одной клетке, например в клетках печени. Известны многоядерные клетки с числом ядер в несколько десятков. Формы ядер зависят от формы клетки. Ядра бывают шаровидные, многолопастные. Ядро окружено оболочкой, состоящей из двух мембран, имеющих обычное трёхслойное строение. Наружная ядерная мембрана покрыта рибосомами, внутренняя мембрана гладкая. Главную роль в жизнедеятельности ядра играет обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Содержимое ядра включает ядерный сок, или кариоплазму, хроматин и ядрышко. В состав ядерного сока входят различные белки, в том числе большинство ферментов ядра, свободные нуклеотиды, аминокислоты, продукты деятельности ядрышка и хроматина, перемещающиеся из ядра в цитоплазму. Хроматин содержит ДНК, белки и представляет собой спирализованные и уплотненные участки хромосом. Ядрышко представляет собой плотное округлое тельце, располагающееся в ядерном соке. Число ядрышек колеблется от 1 до 5-7 и более. Ядрышки есть только в неделящихся ядрах, во время митоза они исчезают, а после завершения деление образуются вновь. Ядрышко не является самостоятельным органоидом клетки, оно лишено мембраны и образуется вокруг участка хромосомы, в котором закодирована структура рРНК. В ядрышке формируются рибосомы, которые затем перемещаются в цитоплазму. Хроматином называют глыбки, гранулы и сетевидные структуры ядра, интенсивно окрашивающиеся некоторыми красителями и отличные по форме от ядрышка.

ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ

Растительная клетка имеет более или менее жесткую клеточную оболочку (стенку). Клеточная оболочка построена из целлюлозы - полисахарида, молекулы которого образуют тончайшие нити, погруженные в аморфное вещество, состоящее из пектиновых соединений. В зависимости от расположения этих нитей клетка обладает способностью либо растягиваться в длину (если они расположены кольцом), либо в ширину (при продольном расположении нитей). В образовании клеточной оболочки непосредственное участие принимает цитоплазма: она продуцирует слагающие клеточную оболочку вещества, которые откладываются снаружи от нее. Однако не все растительные клетки имеют такую оболочку. Ее лишены зооспоры и гаметы водорослей, мужские гаметы высших растений. При всей своей прочности клеточная оболочка должна быть проницаема для большого количества веществ, участвующих в обменных процессах как между соседними клетками, так и между клеткой и окружающей средой. Связь между соседними клетками осуществляется через поры, представляющие собой неутолщенные участки оболочки. Через них проходят тонкие тяжи цитоплазмы, называемые плазмодес-мами и связывающие соседние клетки и ткани в единое целое. Для растительных клеток характерны специфические органоиды - пластиды. Они окружены двойной мембраной и содержат систему мембранных пузырьков - тила-коидов и более или менее гомогенное вещество - строму. их разделяют на несколько групп. Хлоропласты - это пластиды, в которых протекает фд] тосинтез. Они содержат хлорофилл и каротиноиды. Тил*. коиды хлоропластов собраны в стопки (граны) наподобие столбиков монет. Молекулы хлорофилла и каротинопд08 встроены в мембраны тилакоидов. В хлоропластах чисто можно обнаружить крахмальные зерна и мелкие липидньа (жировые) капли. Это временные хранилища запасных пЛ тательных веществ. Подобно митохондриям, хлоропл, -ГЬ1 имеют собственную ДНК и свой белоксинтезирующип ац. парат (см. гл. 2 § 4). Из пигментированных пластид в растительных клеткаж следует упомянуть хромопласты. Они многообразны щ форме, не содержат хлорофилла, а синтезируют и накапливают каротиноиды - желтые, оранжевые и красные пигменты, от которых зависит окраска цветков, плодов, корнЛ и осенних листьев. Хромопласты могут развиваться из зеленых хлоропластов, в которых разрушается хлорофилл и внутренние мембранные структуры и происходит накопление каротиноидов. Примером могут служить созревающие фрукты. Точная функция хромопластов неизвестна, но есть данные о том,что они привлекают насекомых-опылителей. В растительных клетках есть и бесцветные пластиды -1 лейкопласты. Некоторые из них (амилопласты) синтезируют крахмал, в некоторых могут образовываться и накапливаться липиды и белки. В присутствии света лейкопласты могут превращаться в хлоропласты. Пластиды сравнительно легко переходят из одного типа в другой. Размножаются они делением надвое, причем время их деления соответствует времени деления клетки, в которой они находятся. Предшественниками зрелых дифференцированных пла<Н тид являются пропластиды - мелкие бесцветные или бледно-зеленые недифференцированные компоненты растительной клетки, которые сосредоточены в меристеме или образовательной ткани, корней и побегов. Пропластиды, содержащие про* ламмелярные тельца, на свету превращаются в хлоропласты.] Например, в зародышах семян имеются пропластиды - ламеЛ* лярные тельца, сформировавшиеся в темноте, из которых при развитии зародыша на свету образуются хлоропласты. Специфическими для растительной клетки компонентам* «нляются также одна или несколько центральных вакуо-я - тонопласт. Это крупные, ограниченные мембраной ^зырьки, заполненные клеточным соком. Основным ком-"онентом клеточного сока является вода, остальные варьируют в зависимости от типа растения и его физиологического состояния. Обычное содержимое вакуоли - соли и сахара, иногда - растворимые белки. При высоком содержании'некоторых веществ в вакуолях могут образовываться кристаллы,в частности, оксалат кальция, имеющие разнообразную форму. Обычно содержимое вакуолей имеет слабокислую реакцию, реже - очень кислую, как, например, у плодов лимона. В вакуолях могут накапливаться метаболиты (продукты обмена веществ), например, запасные белки в семенах, а также ядовитые вторичные продукты метаболизма (алкалоид никотин). Часто в вакуолях откладываются пигменты - антоцианы, определяющие красную и голубую окраску овощей (редис), фруктов (вишня, слива), цветков (василек, герань, роза, пион). Иногда эти пигменты маскируют в листьях хлорофилл (декоративный красный клен). Именно антоцианы окрашивают осенние листья в ярко-красный цвет. Они образуются в холодную солнечную погоду, когда в листьях прекращается синтез хлорофилла и по мере его разрушения антоцианы проявляют свою окраску. Поэтому наиболее ярко окрашены листья холодной ясной осенью. Вакуоли участвуют также в разрушении некоторых органелл клетки (рибосом, митохондрий, пластид), которые попадают в вакуоли. Вакуоли формируются из эндоплазматического ретикулума. В живой растительной клетке основное вещество находится в постоянном движении, в которое вовлекаются органеллы и другие включения. Называется оно током цитоплазмы или циклозом и прекращается только в мертвых клетках. Циклоз облегчает передвижение веществ в цитоплазме и обмен ими между клеткой и окружающей средой. Плазматическая мембрана регулирует поступление веществ в клетку и выход их из нее. При росте клетки увеличивается и толщина, и площадь клеточной оболочки. Растяжение оболочки - сложный прочесе, находящийся под строгим биохимическим контролем протопласта, и регулируется гормоном ауксином. Вновь разовавшиеся нити целлюлозы располагаются преимущественно поверх старых, но часть из них может включаться уже существующую структуру. В клетках, растущих во всех направлениях равномерно (например, сердцевинные клетки стебля, клетки запасающих тканей), отложение ни. тей носит случайный характер, и они образуют неправиль., ную сеть. В удлиняющихся клетках нити ориентированы под прямым углом к оси удлинения. Деление клетки начинается после достижения ею опре-деленного размера. Две дочерние клетки, каждая из кото, рых примерно вполовину меньше исходной материнской, снова начинают расти. Одноклеточные растения (некоторые водоросли) могут делиться каждые несколько часов, образуя непрерывный ряд идентичных организмов. У многоклеточных растений деление клеток наряду с увеличением их размеров является еще и способом роста организма. Но в любом случае новые клетки, образовавшиеся путем деления, сходны по структуре и функциям как с родительской клеткой, так и между собой.

Клетки прокариот

Структура прокариотической клетки

Клетка прокариот устроена значительно проще клеток животных и растений. Снаружи она покрыта клеточной стенкой, выполняющей защитные, формирующие и транспортные функции. Жёсткость клеточной стенки обеспечивает муреин. Иногда бактериальная клетка покрыта сверху капсулой или слизистым слоем.

Протоплазма бактерий, как и у эукариот, окружена плазматической мембраной. В мешковидных, трубчатых или пластинчатых впячиваниях мембраны находятся мезосомы, участвующие в процессе дыхания, бактериохлорофилл и другие пигменты.

Клетки бактерий

Генетический материал прокариот не образует ядра, а находится непосредственно в цитоплазме. ДНК бактерий – одиночные кольцевые молекулы, каждая из которых состоит из тысяч и миллионов пар нуклеотидов. Геном бактериальной клетки намного проше, чем у клеток более развитых существ: в среднем ДНК бактерий содержит несколько тысяч генов.

В прокариотических клетках отсутствует эндоплазматическая сеть, а рибосомы свободно плавают в цитоплазме. Нет у прокариот и митохондрий; частично их функции выполняет клеточная мембрана.