Принцип компартментализации клеток эукариот постулирует, что биохимические процессы в клетке локализованы в определённых отсеках, покрытых оболочкой из бислоя липидов. Большинство органоидов в эукариотической клетке являются компартментами — митохондрии, хлоропласты, пероксисомы, лизосомы, эндоплазматический ретикулум, ядро клетки и аппарат Гольджи.
Функции
Внутри компартментов, окруженных бислоем липидов, могут существовать различные значения pH, функционировать разные ферментативные системы. Принцип компартментализации позволяет клетке выполнять разные метаболические процессы одновременно.
В цитозоле митохондрий находится окислительная среда, в которой NADH окисляется в NAD + .
Квинтессенцией принципа компартментализации можно считать аппарат Гольджи, в диктиосомах которого работают различные ферментативные системы, осуществляющие, например, разные стадии посттрансляционной модификации белков.
Классификация
Классифицируют три основных клеточных компартмента:
- Ядерный компартмент, содержащий ядро
- Пространство цистерн эндоплазматического ретикулума (переходящее в ядерную ламину)
- Цитозоль
Прокариоты
В любой клетке существует два генеральных микрокомпартмента, разделённые унитарной мембраной — цитоплазматический и экзоплазматический. Бактерии, обладающие грамотрицательным морфотипом, имеют ещё и третий генеральный микрокомпартмент — периплазматический, который расположен между цитоплазматической мембраной и наружной мембраной.Пиневич А. В. Микробиология: Биология прокариотов, том I, издательство СПбГУ, 2006.
Иногда специализированный микрокомпартмент размещается сразу в нескольких генеральных компартментах, то есть имеет смешанную локализацию. Одним из примеров этого служит ундулоподия.
См. также
Примечания
- Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
- Дополнить статью (статья слишком короткая либо содержит лишь словарное определение).
- Добавить иллюстрации.
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое «Компартментализация» в других словарях:
компартментализация — Наличие в имагинальных дисках насекомых неперекрывающихся групп клеток (компартментов, или поликлонов), занимающих определенное положение в диске и развивающихся по «своему» клеточному пути, развитие каждого компартмента находится под … Справочник технического переводчика
компартментализация — compartmentalization компартментализация. Hаличие в имагинальных дисках насекомых неперекрывающихся групп клеток (компартментов, или поликлонов
), занимающих определенное положение в диске и развивающихся… … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.
Компартментализация — ж) компартментализация процедуры, осуществляемые компетентным органом или уполномоченным органом во взаимодействии с изготовителями (производителями) продукции на территории страны для определения субпопуляций животных и организаций, участвующих… … Официальная терминология
Трансляция (биология) — У этого термина существуют и другие значения, см. Трансляция. Трансляция (от лат. translatio перевод) процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК (иРНК, мРНК), осуществляемый рибосомой.… … Википедия
КЛЕТКА — (cellula, cytus), основная структурно функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система. Может существовать как отд. организм (бактерии, простейшие, нек рые водоросли и грибы) или в составе тканей многоклеточных животных,… … Биологический энциклопедический словарь
ПРОТЕОЛИТИЧЕСКИЕ ФЕРМЕНТЫ — (протеазы), ферменты класса гидролаз, катализирующие гидролиз (протео лиз) пептидных связей. Место расщепления пептидной связи в полипептидной цепи определяется позиционной и субстратной специфичностью фермента и пространств. структурой… … Химическая энциклопедия
Словарь генетических терминов — # А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы … Википедия
Дендрит — У этого термина существуют и другие значения, см. Дендрит (кристалл). В Викисловаре есть статья «дендрит» Дендрит … Википедия
Список генетических терминов — Эта страница глоссарий. См. также: Список генетических пороков развития и заболеваний Термины генетики в алфавитном поряд … Википедия
Раздельное мышление — (Компартментализация) механизм психологической защиты, проявляющийся в том, что противоречия между какими то мыслями, идеями, отношениями или формами поведения упорно не осознаются.[1] Содержание 1 Описание 2 Примеры … Википедия
5. Принцип клеточной компартментации. Организация и свойства биологической мембраны. История изучения.
1902, Овертон находит липиды в составе пзазматической мебраны.
1925, Гортер и Грендел показывают наличие двойного слоя липидов в мембране эритроцитов.
1935, «бутербродная» модель Даниелли и Давсона (липидный бислой между двумя слоями белков)
Накопл-е фактов, необъяснимых с позиции «бутербродной» мембраны (мембраны очень динамичны)
1962, Мюллер создает плоскую модель искусственной мембраны 1957-1963, Робертсон формулирует понятие элементарная биологическая мембрана.
1972, создание Зингером и Николсоном жидкостно-мозаичной модели мембраны.
6. Структурная организация и свойства биологических мембран.
7. Мембранные белки и липиды.
периферические (примыкают к билипидному слою) – связ с липидными головками с помощью ионных связей; легко экстрагируются из мембран.
интегральные белки (пронизывающие – имеют каналы-поры, через к-рые проходят водорастворимые в-ва; погруженные белки (полуинтегральные) – пронизывают наполовину) – взаимодействуют с липидами на основе гидрофобных связей.
фосфолипиды – ост-к ж.к. – идеальный компонент для реализации барьерной ф-ции
гликолипиды – ост-к ж.к. + ост-к а/к
холестерол – стероидный липид, ограничив подвижн-ть липидов, уменьшает текучесть, стабилизирует мембрану.
8. Явление осмоса в растительных и животных клетках.
Энергия АТФ, непосредственно или будучи перенесена на другие макроэргические соединения (например, креатинфосфат), в разнообразных процессах преобразуется в тот или иной вид работы. Одна из них осмотическая (поддержание перепадов концентрации веществ)
Осмос — диффузия (передвижение мол-л по градиенту конц-ции — из обл выс конц в обл низк конц) воды через полупрониц мембраны.
В раст кл-ке:Плазмолиз (когда жарко) — отток воды, содерж-е кл-ки сжим-ся и отходит от клет стенки. Деплазмолиз (прохл-но+полить) — кл-ки набух и прижим к клет стенке, подчин тургорному давл-ю (тургор — внутр гидростатич давл, вызывающее натяж-е кл стенки). Клеточная стенка способна растягиваться до определенного предела, после чего оказывает сопротивление — вытеснение воды из клеток происходит с такой же скоростью, с которой она в них поступает. (! прочность клеточной стенки не даёт раст. клеткам, в отличие от животных, лопнуть под напором).
В жив кл-ке:изотонич р-р — норма, гипертон р-р — сморщив-е, гипотонич р-р — набух-е, затем лопаются-лизис.
Рис. 1. Осмос в искусственной системе. Трубку, содержащую раствор глюкозы и закрытую с одного конца мембраной,пропускающей воду, но не пропускающей глюкозу, опускают закрытым концом в сосуд с водой. Вода может проходить через мембрану в том и в другом направлении; однако молекулы глюкозы в трубке мешают движению соседних молекул воды, и потому больше воды входит в трубку, чем выходит из нее. Раствор поднимается в трубке до тех пор, пока давление его столба не станет достаточным для того, чтобы вытеснять воду из трубки с такой же скоростью, с какой она поступает внутрь.
Осмос — процесс одностороннего проникновения молекул растворителя через полунепроницаемую мембрану в сторону большей конц. растворенного вещ-ва. отчего зависит осмос? во-первых, от общей концентрации всех растворенных частиц по обе стороны от мембраны, ну а во-вторых от давления, создаваемого каждым «р-ром» (понятие осмотического давления: такое давление на раствор, обусловленное стремлением системы (ну т.е. клетки) выровнить конц. р-ра в обеих средазх, разделенных мембраной). Наличие воды необходимо для норм. протекания всех ппроцессов, и именно благодаря осмосу происходит «обводнение» клеток и структур. У КЛЕТОК НЕТ СПЕЦ, МЕХАНИЗМА ДЛЯ НАСАСЫВАНИЯ И ОТКАЧИВАНИЯ ВОДЫ НЕПОСРЕДСТВЕННО! — поэтому приток и отток воды регулируется изменением конц. вещ-в. Клеточная стенка способна растягиваться до определенного предела, после чего оказывает сопротивление — вытеснение воды из клеток происходит с такой же скоростью, с которой она в них поступает. (! прочность клеточной стенки не даёт раст. клеткам, в отличие от животных, лопнуть под напором).
9. Особенности строения растительных клеток. Осмотические свойства растительных клеток.
Особ строен растит кл-к: жёстк целлюлозопектинов стенка,пластиды, вакуоли с клет соком.
Жёсткость кл стенки предотвращ от чрезмерн набух-я и разрыва, обуславл потерю спос-ти к передвиж-ю. За счёт роста вакуоли увел размер кл-ки, игр важн роль в регуляции поступл-я воды в кл-ку,содерж растит антибиотики,к-ые убив микроорг-мы и микроскопич грибы. Пластиды-неоднородн группа органелл растит кл-ки (хлоропл-ты, хромопл-ты и лейкопласты)
Фотос-з –синт-з сложн орг в-в из неорг приучаст солн света Свет фаза 1-поглощ-е света хлорофиллом,возбужд-е его е.2-возбужд е перемещ по цепи переноса,отдавая лишн энерг на синтез АТФ 3-фотолиз воды (итог-синтез АТФ+фотолиз воды с выдел О2) Темн фаза 1-улавлив-ся СО2 2-синтез глюкозы из СО2 с пом энерг АТФ
Отличие растительной от животной клетки: ВАКУОЛЬ. Окруж.мембраной-стонопласт.Компартмент, связанный с неподвижн обр жизни растит кл+ПЛАСТИДЫ(хлоропласты, хромопласты, лейкопласты) Функции:
Накопительная(вода, глю, к-ты, фруктоза)+ненужные и невыводимые вещ-ва Алкалоиды-биологич. Активные вещ-ва; Пигменты(окраска зависит от рН)
Читайте также: Ткань шелк натуральный 100
Поддержание осмотического давления(Тургор)
Ферментативная (роль мезосомы)
Нет клеточн.центра! Не способна к фагоцитозу(мешает клет.стенка)! Механич прочность клет.стенок позволяет сущ в гипотонической среде, где в кл ОСМОТИЧЕСКИМ путем поступает вода. По мере поступления воды в клетку, возникает давление, препятствующее дальнейшему пост воды. Избыточное гидростатическое давление в клетке-ТУРГОР-обеспечение роста, сохр формы растением, определ положение в пространстве, противостояние механич воздействиям.
Основы цитологии: структурная организация клетки
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«СТАВРОПОЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ ФЕДЕРАЛЬНОГО АГЕНСТВА ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ»
КАФЕДРА БИОЛОГИИ С ЭКОЛОГИЕЙ
ХОДЖАЯН А. Б., МИХАЙЛЕНКО А. К., МАКАРЕНКО Э. Н.
СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТКИ
Учебное пособие для студентов первого курса ФВСО
«Основы цитологии: структурная организация клетки», Учебное пособие для студентов первого курса факультета высшего сестринского образования (ФВСО). – Ставрополь: Изд — во СтГМА. – 2009. – 50 с.
, доктор медицинских наук, профессор, заведующая кафедрой биологии с экологией;
, кандидат биологических наук, старший преподаватель кафедры биологии с экологией;
, кандидат медицинских наук, старший преподаватель кафедры биологии с экологией.
Учебное пособие включает необходимые материалы по разделу «Основы цитологии: структурная организация клетки» для самоподготовки студентов ФВСО заочной формы обучения. Данное пособие дополняет основную учебную литературу, содержит данные, не вошедшие в учебники, некоторые новые современные положения, оригинальный иллюстративный материал, контрольные тестовые вопросы и способствует более глубокой проработке изучаемого предмета.
Рецензенты:
, академик РАЕН, академик МАО, доктор биологических наук, профессор.
, зав. лабораторией иммуногенетики, биохимии, общей химии ГНУ СНИИЖК, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Рекомендовано к изданию цикловой методической комиссией
Ставропольской государственной медицинской академии.
Рекомендовано к печати редакционно-издательским советом СтГМА.
© Ставропольская государственная медицинская академия, 2009
Краткая история цитологии
Цитология (греч. citos – клетка, logos – наука) – наука о клетке.
В настоящее время учение о клетке является во многих отношениях центральным объектом биологических исследований.
Предпосылкой для открытия клетки явилось изобретение микроскопа и его использование для исследования биологических объектов.
Первый световой микроскоп сконструировали в Голландии в 1590 году два брата, Ганс и Захариус Янссены, шлифовальщики линз. Долгое время микроскоп использовался как забава, игрушка для развлечения знатных особ.
Первые упоминания о клетке появились в XVII веке, когда в 1665 году английский ученый Роберт Гук, рассматривая под микроскопом срез пробки, обнаружил, что она состоит из ячеек или полостей, напоминающих пчелиные соты, которые он назвал клетками (от греч. kytos – полость, лат. – cellula).
Термин «клетка» утвердился в биологии, несмотря на то, что Роберт Гук наблюдал, в действительности, не клетки, а только целлюлозные оболочки растительных клеток. Кроме того, клетки не являются полостями. В дальнейшем клеточное строение многих частей растений видели и описали М. Мальпиги, Н. Грю, а также А. Левенгук.
Важным событием в развитии представлений о клетке была изданная в 1672 году книга Марчелло Мальпиги «Анатомия растений», где приводилось подробное описание микроскопических растительных структур. В своих исследованиях Мальпиги убедился, что растения состоят из клеток, которые он называл «мешочками» и «пузырьками».
Среди блестящей плеяды микроскопистов XVII века одно из первых мест занимает А. Левенгук, голландский купец, который завоевал себе славу учёного. Он прославился созданием линз, которые давали увеличение в 100-300 раз. В 1674 году Антонио ван Левенгук открыл с помощью собственноручно изобретенного микроскопа одноклеточных простейших, названных им «микроскопическими животными», бактерии, дрожжи, клетки крови – эритроциты, половые клетки – сперматозоиды, которые Левенгук называл «анималькули». Из животных тканей Левенгук изучал и точно описал строение сердечной мышцы. Он был первым натуралистом, наблюдавшим клетки животного организма. Это пробудило интерес к изучению живого микромира.
Как наука цитология возникла лишь в XIX веке. В это время были сделаны важные открытия.
В 1830 году чешский исследователь Ян Пуркинье описал вязкое студенистое вещество внутри клетки и назвал его протоплазмой (гр. protos – первый, plasma – образование).
В 1831 году шотландский ученый Роберт Броун открыл ядро.
В 1836 году Габриелем Валентини в ядре было обнаружено ядрышко.
В 1838 году была опубликована работа Матиаса Шлейдена «Данные о фитогенезисе», где автор, опираясь на уже имевшиеся в ботанике представления о клетке, выдвинул идею об идентичности растительных клеток с точки зрения их развития. Он пришёл к выводу, что закон клеточного строения справедлив для растений.
В 1839 году вышла в свет ставшая классической книга Теодора Шванна «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений». В ней автор сделал окончательный вывод о том, что клетка является структурной единицей жизнедеятельности и развития растений и животных.
В 1838 – 1839 годах немецкие ученые Матиас Шлейден и Теодор Шванн независимо друг от друга сформулировали клеточную теорию.
1) все живые организмы (растения и животные) состоят из клеток;
2) клетки растений и животных сходны по строению, химическому составу и выполняемым функциям.
М. Шлейден и Т. Шванн считали, что клетки в организме возникают путём новообразования из первичного неклеточного вещества.
В 1858 году немецкий учёный-анатом Рудольф Вирхов в своей книге «Целлюлярная патология» опроверг это представление и доказал, что новые клетки всегда возникают из предшествующих путем деления – «клетка от клетки, всё живое только из клетки» – (omnis cellula a cellula). Важным обобщением Р. Вирхова явилось утверждение, что наибольшее значение в жизнедеятельности клеток имеют не оболочки, а их содержимое – протоплазма и ядро. Опираясь на клеточную теорию, Р. Вирхов поставил на научную основу учение о болезнях. Опровергнув господствующее в то время представление, согласно которому в основе болезней лежит только изменение состава жидкостей организма (крови, лимфы, желчи), он доказал огромное значение изменений, происходящих в клетках и тканях. Р. Вирхов установил: «Всякое болезненное изменение связано с каким-то патологическим процессом в клетках, составляющих организм». Это утверждение стало основой для появления важнейшего раздела современной медицины – патологической анатомии.
Вирхов был одним из основоположников исследования явлений жизнедеятельности на клеточном уровне, что является его бесспорной заслугой. Однако при этом он недооценивал исследования тех же явлений на уровне организма как целостной системы. В представлении Вирхова организм – это государство клеток и все его функции сводятся к сумме свойств отдельных клеток.
В преодолении этих односторонних представлений об организме большое значение имели работы , и . Отечественные ученые доказали, что организм представляет собой по отношению к клеткам высшее единство. Клетки и другие структурные элементы, составляющие тело, не обладают физиологической самостоятельностью. Их формирование и функции координируются и управляются целостным организмом с помощью сложной системы химической и нервной регуляции.
Коренное улучшение всей техники микроскопирования позволило исследователям к началу XX столетия обнаружить основные клеточные органоиды, выяснить строение ядра и закономерности клеточного деления, расшифровать механизмы оплодотворения и созревания половых клеток.
В 1876 году Эдуард Ван Бенеден установил наличие клеточного центра в делящихся половых клетках.
В 1890 году Рихард Альтман описал митохондрии, назвав их биобластами, и выдвинул идею о возможности их самовоспроизведения.
В 1898 году Камилло Гольджи открыл органоид, названный в его честь комплексом Гольджи.
В 1898 году хромосомы впервые были описаны Карлом Бенда.
Крупный вклад в развитие учения о клетке во второй половине XIX – начале XX вв. внесли отечественные цитологи (описание фаз митотического деления), (изучение цитологических основ оплодотворения у растений), , открывший в 1898г. явление двойного оплодотворения у растений. Успехи в изучении клетки привели к тому, что внимание биологов все больше концентрировалось на клетке как основной структурной единице живых организмов.
Качественный скачок в цитологии произошел в XX веке. В 1932 году Макс Кнолль и Эрнст Руска изобрели электронный микроскоп, дающий увеличение в 106 раз. Были обнаружены и описаны невидимые в световой микроскоп микро — и ультрамикроструктуры клетки. С этого момента клетку начали изучать на молекулярном уровне.
Таким образом, достижения цитологии всегда связаны с усовершенствованием техники микроскопирования.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СОВРЕМЕННОЙ КЛЕТОЧНОЙ ТЕОРИИ
1) Клетка – элементарная структурная, функциональная и генетическая единица живого.
2) Клетки растений, животных и грибов сходны по строению, химическому составу, обмену веществ.
Читайте также: Действие инсулина жировую ткань
3) Клетка – функциональная единица живого. Сходные по строению и выполняемым функциям клетки объединяются в ткани, ткани – в органы и системы органов, которые формируют целостный организм. Это обеспечивает дискретность и целостность организма.
4) Клетка – единица развития всего живого. Любой организм начинает свое индивидуальное развитие из одной клетки – зиготы.
5) Новые клетки образуются в результате деления материнской клетки.
6) Клетка имеет мембранный принцип строения.
7) Ядро является главным компонентом эукариотической клетки, хранителем генетической информации и регуляторным механизмом.
8) Сходство строения клеток растений и животных доказывает общность их происхождения.
9) Дифференциация клеток лежит в основе усложнения строения живых организмов.
Жизнь на планете Земля известна только в двух формах: внеклеточной и клеточной. Внеклеточная форма жизни – это особая форма, представленная вирусами и бактериофагами (фагами), которые занимают промежуточное положение между живой и неживой природой.
Клеточная форма жизни (организмы) в зависимости от типа организации клеток подразделяется на прокариоты и эукариоты.
Прокариоты – это одноклеточные организмы, не имеющие оформленного ядра. К ним относятся бактерии, цианеи (цианобактерии или сине-зеленые водоросли) и микоплазмы, образующие царство Дробянки.
Эукариоты – это одноклеточные и многоклеточные организмы. В их клетках всегда есть четко оформленное ядро.
Существуют два типа организации клеток: прокариотические и эукариотические клетки (таблица 1). Принципиальным отличием между ними является наличие оформленного ядра.
Прокариотические клетки (доядерные) не содержат оформленного ядра. Основными компонентами прокариотических клеток являются оболочка и цитоплазма. Структурой, отвечающей за передачу наследственной информации, является генофор (нуклеоид), расположенный непосредственно в цитоплазме. По химической природе генофор – это молекула ДНК, не связанная с белками и имеющая форму кольца.
На поверхности плазматической мембраны бактерий располагается клеточная стенка, состоящая из муреина (полисахаридных цепей, соединенных друг с другом короткими цепями пептидов). У некоторых клеток клеточная стенка покрыта защитным слизистым слоем или капсулой. Клеточная стенка сохраняет форму клеток, обеспечивает их жесткость и антигенные свойства.
Мембрана прокариот имеет сложнодифференцированные впячивания – мезосомы, которые по своим функциям напоминают митохондрии эукариотических клеток.
Цитоплазма прокариотических клеток лишена органоидов, за исключением рибосом. В ней находятся включения в виде гранул гликогена, липидов и т. д. Кроме того, в ней присутствуют плазмиды (внекольцевые фрагменты ДНК, определяющие ряд признаков и свойств данной клетки, гены которых контролируют незначительную часть наследственных признаков бактериальной клетки). Они способны к самостоятельной репликации и стабильно наследуются потомством. Широко используются в генной инженерии.
У зеленых и пурпурных бактерий (автотрофы) на впячиваниях плазматической мембраны находятся фотосинтезирующие пигменты. Следовательно, клетки сине-зеленых водорослей (цианеи) сходны с бактериальными, но, кроме вышеперечисленных компонентов, они содержат хлорофилл.
Эукариотические клетки (ядерные) имеют оформленное ядро, которое включает структуры, ответственные за хранение, воспроизведение и передачу наследственной информации – хромосомы. Они расположены в ядре клетки и отграничены от цитоплазмы ядерной оболочкой. По химической природе хромосомы – это дезоксирибонуклеопротеидные структуры (ДНП) – комплексы ДНК и белков. В не делящейся клетке хромосомы деспирализованы и имеют вид нитей хроматина. Во время деления они спирализуются и приобретают палочковидную форму. К надцарству эукариот относятся царства растений, грибов и животных.
Для растительных клеток характерно наличие толстой целлюлозной клеточной стенки, различных пластид, крупной центральной вакуоли, смещающей ядро к периферии. В качестве питательного резервного углевода клетки растений запасают крахмал.
В клетках грибов клеточная оболочка содержит хитин, в цитоплазме имеется центральная вакуоль, пластиды отсутствуют. Главным резервным полисахаридом является гликоген.
Животные клетки имеют цитоплазматическую мембрану, не содержат пластид и центральной вакуоли, для клеточного центра характерны центриоли. Запасным углеводом является гликоген.
ОТЛИЧИЯ КЛЕТОК ПРОКАРИОТ И ЭУКАРИОТ
Наследственная структура клетки – генофор
Наследственные структуры ядра клетки – хромосомы
Генофор располагается непо-средственно в цитоплазме
кариоплазме ядра, от цитоплазмы
отграничены ядерной оболочкой
Генофор имеет форму кольца
Органоиды отсутствуют, кроме рибосом
Присутствуют различные органоиды клетки
Цитоплазматическая наследственность обусловлена плазмидами
Цитоплазматическая наследственность обусловлена ДНК, находящимися в митохондриях и пластидах
Цитоплазматическая мембрана образует впячивания – мезосомы
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ КЛЕТКИ
Клетка – основная структурная и функциональная единица живых организмов, осуществляющая рост, развитие, обмен веществ и энергии, хранящая, перерабатывающая и реализующая генетическую информацию.
Форма клетки. Различают клетки с изменчивой формой (амёбы, лейкоциты и др.) и клетки, форма которых более или менее постоянна и специфична для каждого типа клеток. Форма клеток зависит от функционального приспособления клеток, поверхностного натяжения и вязкости протоплазмы, механического воздействия прилегающих клеток, ригидности клеточной мембраны.
Размеры клеток. Размеры клеток колеблются в широких пределах. Диаметр самых мелких животных клеток – до 4 мкм. Однако некоторые клетки можно видеть невооружённым глазом, так как они достигают нескольких сантиметров в диаметре (клетки мякоти плодов, яйца некоторых птиц).
В тканях животных объём клеток определенного вида постоянен и независим от общих размеров тела. Например, клетки почек и печени у быка, лошади и мыши имеют примерно один и тот же размер; различие в величине органа обусловлено числом, а не объёмом клеток. Это правило называют законом постоянного объёма.
ОСНОВНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ ЭУКАРИОТИЧЕСКОЙ КЛЕТКИ являются:
1) цитоплазматическая мембрана (плазмалемма);
Цитоплазматическая мембрана или плазмалемма (лат. membrana – кожица, плёнка) – тончайшая пленка (7–10нм), отграничивающая внутреннее содержимое клетки от окружающей среды, видна только в электронный микроскоп.
По химической организации плазмалемма представляет липопротеидный комплекс – молекулы липидов и белков.
Её основу составляет липидный бислой, состоящий из фосфолипидов, кроме этого, в мембранах присутствуют гликолипиды и холестерол. Все они обладают свойством амфипатричности, т. е. у них есть гидрофильные («любящие воду») и гидрофобные («боящиеся воды») концы. Гидрофильные полярные «головки» липидных молекул (фосфатная группа) обращены кнаружи мембраны, а гидрофобные неполярные «хвосты» (остатки жирных кислот) – друг к другу, что создает биполярный липидный слой. Молекулы липидов подвижны и могут перемещаться в своем монослое или редко – из одного монослоя в другой. Монослои липидов обладают ассиметричностью, т. е. отличаются по составу липидов, что придает специфичность мембранам даже в пределах одной клетки. Бислой липидов может находиться в состоянии жидкого или твердого кристалла.
Вторым обязательным компонентом плазмалеммы являются белки. Многие мембранные белки способны перемещаться в плоскости мембраны или вращаться вокруг своей оси, но не могут переходить с одной стороны бислоя липидов на другой.
Липиды обеспечивают основные структурные особенности мембраны, а белки – её функции. Функции мембранных белков различны: поддержание структуры мембран, получение и преобразование сигналов из окружающей среды, транспорт некоторых веществ, катализ реакций, происходящих на мембранах.
Различают несколько моделей строения цитоплазматической мембраны.
В 1935г. английские ученые Даниэли и Даусон высказали идею о послойном расположении в мембране молекул белков (темные слои в электронном микроскопе), которые залегают снаружи, и молекул липидов (светлый слой) – внутри. Длительное время существовало представление о едином трехслойном строении всех биологических мембран.
При детальном изучении мембраны с помощью электронного микроскопа оказалось, что светлый слой на самом деле представлен двумя слоями фосфолипидов – это билипидный слой, причем водорастворимые его участки – гидрофильные головки направлены к белковому слою, а нерастворимые (остатки жирных кислот) – гидрофобные хвосты обращены друг к другу.
Однако уже с середины 60-х годов начали накапливаться факты против унитарной «бутербродной» модели. В частности, по одним данным, не все мембраны имели четкую трехслойную структуру при электронно-микроскопическом исследовании; по другим – значительная часть мембранных белков имела глобулярную структуру, а не ламеллярную, как в постулируемой модели. Наконец, среди многочисленных моделей мембран, предложенных в середине 60-х годов, начали выделяться те, в которых доказывалось наличие гидрофобно-гидрофильных взаимодействий не только между липидными молекулами, но и между липидами и белками.
②. ЖИДКОСТНО-МОЗАИЧНАЯ МОДЕЛЬ
В 1972г. Сингер и Николсон описали модель мембраны, которая получила широкое признание. Согласно этой модели молекулы белков не образуют сплошного слоя, а погружены в биполярный липидный слой на разную глубину в виде мозаики. Глобулы белковых молекул, подобно айсбергам, погружены в «океан»
липидов: одни находятся на поверхности билипидного слоя – периферические белки, другие погружаются в него наполовину – полуинтегральные белки, третьи – интегральные белки – пронизывают его насквозь, формируя гидрофильные поры. Периферические белки, находясь на поверхности билипидного слоя, связаны с головками липидных молекул электростатическими взаимодействиями. Но они никогда не образуют сплошного слоя и, по сути дела, не являются белками собственно мембраны, а, скорее, связывают ее с надмембранной или субмембранной системой поверхностного аппарата клетки.
Читайте также: Декор вазы тканью мастер класс
Основную роль в организации собственно мембраны играют интегральные и полуинтегральные (трансмембранные) белки, имеющие глобулярную структуру и связанные с липидной фазой гидрофильно-гидрофобными взаимодействиями. Молекулы белков, как и липиды, обладают амфипатричностью и своими гидрофобными участками взаимодействуют с гидрофобными хвостами билипидного слоя, а гидрофильные участки обращены к водной среде и образуют с водой водородные связи.
③. БЕЛКОВО-КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ (модель липопротеинового коврика)
Мембраны образованы переплетением липидных и белковых молекул, объединяющихся между собой на основе гидрофильно-
Белковые молекулы, как штифты, пронизывают слой липидов и выполняют в составе мембраны функцию каркаса. После обработки мембраны жирорастворимыми веществами белковый каркас сохраняется, что доказывает взаимосвязь между молекулами белков в мембране. По-видимому, эта модель реализуется лишь в отдельных специальных участках некоторых мембран, где требуется жесткая структура и тесные стабильные взаимоотношения между липидами и белками (например, в области расположения фермента Na-К –АТФ-азы).
Самой универсальной моделью, отвечающей термодинамическим принципам (принципам гидрофильно-гидрофобных взаимодействий), морфо-биохимическим и экспериментально-цитологическим данным, является жидкостно-мозаичная модель. Однако все три модели мембран не исключают друг друга и могут встречаться в разных участках одной и той же мембраны в зависимости от функциональных особенностей данного участка.
1. Способность к самосборке. После разрушающих воздействий мембрана способна восстановить свою структуру, т. к. молекулы липидов на основе своих физико-химических свойств собираются в биполярный слой, в который затем встраиваются молекулы белков.
2. Текучесть. Мембрана не является жесткой структурой, большая часть входящих в её состав белков и липидов может перемещаться в плоскости мембраны, они постоянно флюктуируют за счет вращательных и колебательных движений. Это определяет большую скорость протекания химических реакций на мембране.
3. Полупроницаемость. Мембраны живых клеток пропускают, помимо воды, лишь определённые молекулы и ионы растворённых веществ. Это обеспечивает поддержание ионного и молекулярного состава клетки.
4. Мембрана не имеет свободных концов. Она всегда замыкается в пузырьки.
5. Асимметричность. Состав наружного и внутреннего слоев как белков, так и липидов различен.
6. Полярность. Внешняя сторона мембраны несёт положительный заряд, а внутренняя – отрицательный.
1) Барьерная – плазмалемма отграничивает цитоплазму и ядро от внешней среды. Кроме того, мембрана делит внутреннее содержимое клетки на отсеки (компартменты), в которых зачастую протекают противоположные биохимические реакции.
2) Рецепторная (сигнальная) – благодаря важному свойству белковых молекул – денатурации, мембрана способна улавливать различные изменения в окружающей среде. Так, при воздействии на мембрану клетки различных средовых факторов (физических, химических, биологических) белки, входящие в ее состав, меняют свою пространственную конфигурацию, что служит своеобразным сигналом для клетки. Это обеспечивает связь с внешней средой, распознавание клеток и их ориентацию при формировании тканей и т. д. С этой функцией связана деятельность различных регуляторных систем и формирование иммунного ответа.
3) Обменная – в состав мембраны входят не только структурные белки, которые образуют ее, но и ферментативные, являющиеся биологическими катализаторами. Они располагаются на мембране в виде «каталитического конвейера» и определяют интенсивность и направленность реакций метаболизма.
4) Транспортная – молекулы веществ, диаметр которых не превышает 50 нм, могут проникать путем пассивного и активного транспорта через поры в структуре мембраны. Крупные вещества попадают в клетку путем эндоцитоза (транспорт в мембранной упаковке), требующего затраты энергии. Его разновидностями являются фаго — и пиноцитоз.
Пассивный транспорт – вид транспорта, в котором перенос веществ осуществляется по градиенту химической или электрохимической концентрации без затраты энергии АТФ. Выделяют два вида пассивного транспорта: простая и облегченная диффузия. Диффузия – это перенос ионов или молекул из зоны более высокой их концентрации в зону более низкой концентрации, т. е. по градиенту.
Простая диффузия – ионы солей и вода проникают через трансмембранные белки или жирорастворимые вещества по градиенту концентрации.
Облегченная диффузия – специфические белки-переносчики связывают вещество и переносят его через мембрану по принципу «пинг-понга». Таким способом через мембрану проходят сахара и аминокислоты. Скорость такого транспорта значительно выше, чем простой диффузии. Кроме белков — переносчиков, в облегченной диффузии принимают участие некоторые антибиотики – например, грамитидин и ваномицин. Поскольку они обеспечивают транспорт ионов, их называют ионофорами.
Активный транспорт – это вид транспорта, при котором расходуется энергия АТФ, он идёт против градиента концентрации. В нем принимают участие ферменты АТФ-азы. В наружной клеточной мембране находятся АТФ-азы, которые осуществляют перенос ионов против градиента концентрации, это явление называется ионным насосом. Примером является натрий-калиевый насос. В норме в клетке больше ионов калия, во внешней среде – ионов натрия. Поэтому по законам простой диффузии калий стремится из клетки, а натрий – в клетку. В противовес этому натрий-калиевый насос накачивает против градиента концентрации в клетку ионы калия, а ионы натрия выносит во внешнюю среду. Это позволяет поддерживать постоянство ионного состава в клетке и её жизнеспособность. В животной клетке одна треть АТФ расходуется на работу натрий-калиевого насоса.
Разновидностью активного транспорта является транспорт в мембранной упаковке – эндоцитоз. Крупные молекулы биополимеров не могут проникать через мембрану, они поступают в клетку в мембранной упаковке. Различают фагоцитоз и пиноцитоз. Фагоцитоз – захват клеткой твердых частиц, пиноцитоз – жидких частиц. В этих процессах выделяют стадии:
1) узнавание рецепторами мембраны вещества; 2) впячивание (инвагинация) мембраны с образованием везикулы (пузырька); 3) отрыв пузырька от мембраны, слияние его с первичной лизосомой и восстановление целостности мембраны; 4) выделение непереваренного материала из клетки (экзоцитоз).
Эндоцитоз является способом питания для простейших. У млекопитающих и человека имеется ретикуло-гистио-эндотелиальная система клеток, способная к эндоцитозу – это лейкоциты, макрофаги, клетки Купфера в печени.
ОСМОТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КЛЕТКИ
Осмос – односторонний процесс проникновения воды через полупроницаемую мембрану из области с меньшей концентрацией раствора в область с более высокой концентрацией. Осмос обусловливает осмотическое давление.
Диализ – односторонняя диффузия растворенных веществ.
Раствор, в котором осмотическое давление такое же, как и в клетках, называют изотоническим. При погружении клетки в изотонический раствор её объем не изменяется. Изотонический раствор называют физиологическим – это 0,9% раствор хлорида натрия, который широко применяется в медицине при сильном обезвоживании и потери плазмы крови.
Раствор, осмотическое давление которого выше, чем в клетках, называют гипертоническим. Клетки в гипертоническом растворе теряют воду и сморщиваются. Гипертонические растворы широко применяются в медицине. Марлевая повязка, смоченная в гипертоническом растворе, хорошо впитывает гной.
Раствор, где концентрация солей ниже, чем в клетке, называют гипотоническим. При погружении клетки в такой раствор вода устремляется в нее. Клетка набухает, ее тургор увеличивается, и она может разрушиться. Гемолиз – разрушение клеток крови в гипотоническом растворе.
Осмотическое давление в организме человека в целом регулируется системой органов выделения.
ПОВЕРХНОСТНЫЙ АППАРАТ КЛЕТКИ
Снаружи любой клетки формируется поверхностный аппарат, включающий цитоплазматическую мембрану, надмембранный комплекс и субмембранные структуры.
Надмембранный комплекс. Наружная клеточная мембрана животных клеток покрыта слоем олигосахаридных цепей. Это углеводное покрытие мембраны называют гликокаликсом. Он выполняет рецепторную функцию.
У растительных клеток поверх наружной клеточной мембраны располагается плотный целлюлозный слой с порами, через которые осуществляется связь между соседними клетками посредством цитоплазматических мостиков.
У клеток грибов поверх плазмалеммы – плотный слой хитина.
Надмембранный комплекс животной клетки (гликокаликс) создает необходимое для клетки микроокружение, является местом, где находятся внеклеточные ферменты, выполняет рецепторную функцию и т. д. Однако клетки растений, грибов и прокариот отличаются от животных клеток тем, что их клеточная оболочка выполняет каркасную, защитную и важнейшую функцию – осморегуляции.
Кроме того, у многих бактерий и некоторых растительных клеток снаружи клеточной стенки формируется слизистая капсула, которая надежно защищает клетку от чрезмерной потери влаги, резкого перепада температур и других неблагоприятных факторов окружающей среды. Сравнительная характеристика поверхностных аппаратов (ПАК) прокариотических и различных эукариотических клеток приведена в таблице 2.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом