Структурно-функциональная организация клетки

Клетка – наипростейшая биологическая система, способная к самообновлению, самовоспроизведению и развитию. Клетка – основная структурно-функциональная и генетическая единица живого. Через нее идут потоки вещества, энергии и информации. Это динамически стойкая открытая система, состоящая из многих взаимосвязанных элементов. Клетка – основа строения прокариот, одноклеточных, грибов, растений и животных.

Прокариоты – одноклеточные доядерные организмы.

Особенности строения:

1. Небольшие размеры – 0,5 – 3 мкм.
2. Отсутствует ядерная мембрана, т.е. нет морфологически обособленного ядра.
3. Генетический материал представлен одной длиной кольцевой молекулой ДНК, упакованной в клетке в виде петель (нуклеоид). Гистоновые белки не выявлены, отсутствует нуклеосомная организация хроматина. Молекулярная масса ДНК прокариот составляет 2,5×109 ±0,5×109 ,что соответствует примерно 2000 структурных генов.
4. Отсутствуют мембранные органоиды.
5. Наружная клеточная мембрана часто образует выпячивания в цитоплазму (мезосомы), выполняющих функцию образования АТФ.
6. Отсутствует клеточный центр, не типичны внутриклеточные перемещения цитоплазмы и амебоидное движение.
7. Покрыты клеточной стенкой, содержащей гликопептид муреин – механически плотный защитный элемент клеточной стенки.
8. В цитоплазме могут содержаться плазмиды – мелкие кольцевые молекулы ДНК, содержащие один или несколько генов.
9. Размножаются амитозом каждые 20 минут.

Эукариоты – организмы, клетки которых имеют ядро, окруженное мембранной оболочкой.

Особенности строения:

1. Форма клеток разнообразная, размеры колеблются в пределах от 5 до 100 мкм.
2. Клетки имеют сходный химический состав и обмен веществ.
3. Клетки разделены системой мембран на компартменты.
4. Генетический материал сосредоточен преимущественно в хромосомах, которые имеют сложное строение и образованы нитями ДНК и гистоновыми белковыми молекулами.
5. В цитоплазме находятся мембранные органоиды, центриоли.
6. Деление клеток митотическое.

Ядро– обязательный структурный компонент каждой эукариотической клетки, содержащий генетический материал. В животных клетках наследственная информация хранится в ядре и митохондриях. В растительных клетках - в ядре, митохондриях и пластидах. Ядро состоит из:

1. Ядерная оболочка;

2. Кариоплазма;

3. Хроматин;

4. Ядрышко.

Форма ядра зависит от формы самой клетки и от функций, которые она выполняет.

Размеры ядра, также в основном, зависят от размеров клетки.

Ядерно-цитоплазматический индекс –соотношение объемов ядра и цитоплазмы. Изменение этого соотношения есть одной из причин клеточного деления или нарушения обмена веществ.

Ядерная оболочка интерфазного ядра состоит из двух элементарных мембран (наружной и внутренней); между ними находится перинуклеарное пространство, которое через каналы эндоплазматического ретикулума связано с разными участками цитоплазмы. Обе ядерные мембраны пронизаны порами, через которые осуществляется избирательный обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Изнутри ядерная оболочка покрыта белковой сеткой – ядерной ламиной, что обуславливает форму и объем ядра. К ядерной ламине теломерными участками присоединяются нити хроматина. Микрофилиментыобразуют внутреннюю основу ядра. Внутренний «скелет» ядра имеет большое значение для обеспечения упорядоченного течения основных процессов транскрипции, репликации, процессинга.Снаружи ядро также покрыто микрофиламентами, которые являются элементами цитоскелета клетки. Наружная ядерная мембрана имеет на своей поверхности рибосомы и связана с мембранами эндоплазматического ретикулума. Ядерная оболочка обладает избирательной проницаемостью. Потоки веществ регулируются специфическими особенностями белков мембран и ядерных пор (от 1000 до 10000).

Основные функции ядерной оболочки.

1. Образование компартмента клетки, где сосредоточен генетически материал и созданы условия для его сохранения и удвоения.

2. Отделение содержимого ядра от цитоплазмы.

3. Поддержание формы и объема ядра.

4. Регуляция потоков веществ (из ядра через поры в цитоплазму поступают различные виды РНК и субъединицы рибосом, а в середину ядра переносятся необходимые белки, вода, ионы).

Кариоплазма – однородная бесструктурная масса, заполняющая пространство между хроматином и ядрышками. Она содержит воду/ 75-80%/, белки, нуклеотиды, аминокислоты, АТФ, различные виды РНК, субчастицы рибосом , промежуточные продукты обмена веществ и осуществляет взаимосвязь структур ядра и цитоплазмы.

Хроматин

Генетический материал в интерфазном ядре находится в виде

переплетающихся хроматиновых нитей. Это – комплекс ДНК и белков (дезоксирибонуклеопротеид- ДНП). В процессе митоза, спирализуясь, хроматин образует хорошо видимые интенсивно окрашивающиеся структуры – ХРОМОСОМЫ.

Ядрышки (одно или несколько) – гранулярные, округлые, сильно окрашиваемые структуры, не имеющие мембраны. Ядрышки состоят из белков, РНК, липидов и ферментов. Содержание ДНК не более 15% и находится преимущественно в центре его.

Ядрышки фрагментируются в начале деления клетки и восстанавливаются после его окончания. В ядрышках выделяют 3 участка:

1. Фибриллярный;

2. Гранулярный;

3. Слабоокрашенный.

- Фибриллярный участок ядрышка состоит из нитей РНК. Это место активного синтеза рибосомной РНК на рРНК – генах вдоль молекулы ДНК деконденсированного хроматина.

- Гранулярный участок состоит из частиц РНК, сходных с рибосомами цитоплазмы. Это место объединения РНК и рибосомальных белков и образования зрелых малых и больших субъединиц рибосом.

- Слабоокрашенный участок ядрышка содержит ДНК (не активную), которая не транскрибируется.

Образование ядрышек связано со вторичными перетяжками метафазных хромосом (ядрышковые организаторы), в области которых локализованы гены, кодирующие синтез р-РНК. В клетках человека эти функции выполняют хромосомы №13, 14, 15, 21, 22 которые имеют сателлиты или спутники.

Основные функции ядрышек:

1. Синтез рибосомной РНК.
2. Образование субъединиц рибосом.

ФУНКЦИИ ЯДРА:

1. Хранение и передача наследственной информации;

2. Регуляция всех процессов жизнедеятельности клетки;

3. Репарация ДНК;

4. Синтез всех видов РНК;

5. Образование рибосом;

6. Реализация наследственной информации путем регуляции синтеза белков.

ХРОМОСОМЫ.

Хромосомы –нитевидные структуры, хорошо видимые в световой микроскоп только в процессе деления клеток, образуются из хроматина в процессе его конденсации. В зависимости от степени конденсации хроматин подразделяется на:

1. Гетерохроматин – сильно спирализованный и генетическинеактивный, выявляется в виде сильно окрашенных темных участков ядра.

2. Эухроматин – малоконденсированный, генетически активный,выявляется в виде светлых участков ядра.

Химический состав хромосом :

1. ДНК – 40%

2. Основные или гистоновые белки – 40%

3. Негистоновые (кислые или нейтральные) – 20%

4. Следы РНК, липидов, полисахаридов, ионы металлов.