Размеры клетки широко варьируют от 0,1 мкм (некоторые бактерии) до 155 мм (яйцо страуса). У всех клеток, независимо от их формы, размеров, функциональной нагрузки обнаруживается сходное строение (рис. 3.13).
Рис. 3.13. Схема строения живой клетки: 1 – оболочка; 2 – мембрана; 3 – цитоплазма; 4 – ядро; 4а – ядрышко; 5 – рибосомы; 6 – эндоплазматическая сеть (ЭПС); 7 – митохондрии; 8 – комплекс гольджи; 9 – лизосомы; 10 – пластиды; 11 – клеточные включения
Снаружи клетка одета мембраной. Внутренняя часть клетки содержит многочисленные органоиды – структурные образования клетки, выполняющие определенные функции жизнедеятельности клетки.
1. Оболочка. Присутствует только у растительных клеток. Состоит из волокон целлюлозы. Функции оболочки: защита клетки от внешних повреждений, придает стабильную форму клетки, эластичность растительным тканям.
Повреждение наружной оболочки приводит к гибели клетки (цитолиз).
2. Мембрана. Тончайшая структура (75 Ǻ), состоит из двойного слоя молекул липидов и одного слоя белков. Такая структура обеспечивает уникальную эластичность и прочность мембране
участие в обмене веществ. Эта функция связана с избирательной проницаемостью в клетку определенных веществ и выведение из нее продуктов обмена. В процессе питания в клетку могут проникать определенные растворы веществ (пиноцитоз) и твердые частицы (фагоцитоз).
Явление фагоцитоза – поглощение клеткой твердых частиц – впервые было описано русским врачом Мечниковым. Фагоцитарная особенность лежит в основе процесса иммунитета. Особенно развита у лейкоцитов, клеток костного мозга, лимфатических узлов, селезенки, надпочечников и гипофиза.
Пиноцитоз – поглощение клеткой растворов – состоит в том, что мельчайшие пузырьки жидкости втягиваются через образующуюся воронку, проникают через мембрану и усваиваются клеткой.
3. Цитоплазма – внутренняя среда клетки. Представляет собой гелеобразную жидкость (коллоидная система), состоит на 80 % из воды, в которой растворены белки, липиды, углеводы, неорганические вещества. Цитоплазма живой клетки находится в постоянном движении (циклоз).
транспортировка питательных веществ и утилизация продуктов обмена клетки;
буферность цитоплазмы (постоянство физико-химических свойств) обеспечивает гомеостаз клетки, поддерживает постоянные нужные параметры жизнедеятельности;
поддержание тургора (упругость) клетки;
все биохимические реакции происходят только в водных растворах, что обеспечивается в среде цитоплазмы.
4. Ядро – обязательный органоид эукариотических клеток. Впервые было исследовано и описано Р. Броуном в 1831 г. В молодых клетках расположено в центре клетки, в старых – смещается в сторону. Снаружи ядро окружено мембраной с крупными порами, способными пропускать крупные макромолекулы. Внутри ядро заполнено клеточным соком – кариоплазмой, основная часть ядра заполнена хроматином – ядерным веществом, содержащим ДНК и белок. Перед делением хроматин образует палочковидные хромосомы. Причём, хромосомы одинакового строения (но содержащие разные ДНК!) образуют пары, зрительно воспринимаемые как одно целое (рис. 3.14).
Рис. 3.14. Хромосомный набор человеческой клетки перед началом деления
Структурирование всех хромосом в пары свидетельствует о том, что число хромосом – чётное. Поэтому, его часто обозначают 2n, где n – количество хромосомных пар, а соответствующий набор хромосом называют диплоидным. Например, у голубей n = 40 (80 хромосом), у мухи n = 6 (12 хромосом), у собаки n = 39 (78 хромосом), у аскариды n = 1 (2 хромосомы). У человека n = 23 (46 хромосом). Однако, в половых клетках число хромосом в два раза меньше. Поэтому набор хромосом в половых клетках называется гаплоидным. Клетки, не являющиеся половыми называются соматическими. Иногда клетки с гаплоидным набором хромосом называют гаплоидными клетками, а с диплоидным набором хромосом – диплоидными клетками.
При слиянии двух родительских гаплоидных половых клеток образуется диплоидная клетка, дающая начало новому организму с набором генов отца и матери
Совокупность всех хромосом ядра (а значит и генов) клетки называется генотип. Именно генотип определяет все внешние и внутренние признаки конкретного организма.
В соматических клетках 44 Х-образные хромосомы (22 пары) у женщин и мужчин идентичны (сходны по строению), их называют аутосомами. А 23-я пара имеет конфигурацию ХХ – у женщин и ХY – у мужчин. Эти пары хромосом именуются половыми хромосомами.
В половых клетках 22 хромосомы также одинаковые у яйцеклеток и у сперматозоидов, а 23-я хромосома конфигурации Х – у яйцеклетки и Х или Y – у сперматозоидов. Поэтому при слиянии половых клеток и образовании пар хромосом, 23-я пара будет ( или ) определять пол будущего ребенка.
Необходимо помнить, что хотя в соматических клетках набор хромосом диплоидный (2n), однако, перед началом деления клеток происходит репликация ДНК, то есть, удвоение их количества, а, значит, и удвоение
количества хромосом. Поэтому перед началом деления соматической клетки в ней насчитывается 4n хромосом (рис. 16). Она становится тетраплоидной.
– хранение генетической информации;
– контроль за всеми процессами, происходящими в клетке: делением, дыханием, питанием и др.
4а. Ядрышко – структура, содержащаяся в ядре. Ядро может содержат 1, 2 или более ядрышек. Функция ядрышка – формирование рибосом.
Следует отметить, что не все клетки имеют оформленное ядро. Клетки, имеющие ядро называются эукариотическими или эукариотами. Клетки, не имеющие ядра, называются прокариотическими или прокариотами. Функции ядра у прокариот несёт одна нить ДНК (именуется хромосома), в которой хранится вся генетическая информация. К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Как правило, у прокариотов отсутствуют и некоторые другие органоиды. Размеры прокариотических клеток меньше, чем размеры эукариот.
Читайте также: Сжатые руки с тканью
5. Рибосомы – самые мелкие органоиды клетки. Были обнаружены в 1954 г. Французским ученым Паладом. Рибосомы были обнаружены в цитоплазме, а также на гранулярной ЭПС и в ядре.
Функция рибосом: обеспечение биосинтеза белка.
6. Эндоплазматическая сеть. Представляет собой каналы и полости, ограниченные мембраной. Различают две разновидности ЭПС: гранулярная ЭПС и агранулярная ЭПС. Гранулярная ЭПС морфологически отличается от агранулярной наличием на ее поверхности многочисленных рибосом (на агранулярной ЭПС рибосомы отсутствуют).
Функции эндоплазматической сети:
– участие в синтезе органических веществ: на гранулярной ЭПС синтезируются белки, на агранулярной – липиды и углеводы;
– транспортировка продуктов синтеза ко всем частям клетки.
Несложно уяснить, что гранулярная ЭПС характерна для клеток, синтезирующих белки (например клетки желез внутренней секреции), агранулярная ЭПС характерна для клеток-производителей углеводов и липидов (например клетки жировой ткани).
7. Митохондрии – крупные органоиды, состоящие из двойного слоя мембран: наружная – гладкая, внутренняя образует многочисленные гребнеобразные складки – кристы. Внутри митохондрии заполнены жидкостью (матрикс).
Функции митохондрий: основная функция митохондрий – обеспечение клетки энергией. Этот процесс происходит за счет синтеза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) (рис. 3.15), в которой фрагмент
Рис. 3.15. Структурная формула аденозинфосфорных кислот. Для аденозинтрифосфорной кислоты n = 3, для аденозиндифосфорной кислоты n = 2, для аденозинмонофосфорной кислоты n = 1
При взаимодействии молекулы аденозинтрифосфорной кислоты с водой отщепляется один остаток фосфорной кислоты, в результате чего образуется аденозиндифосфорная кислота – АДФ и выделяется огромное количество энергии:
АТФ + Н2О = АДФ + Н3РО4 + 10 000 калорий.
Впоследствии от АДФ может отщепляться еще один остаток фосфорной кислоты, образуя АМФ – аденозинмонофосфорную кислоту.
АДФ + Н2О = АМФ + Н3РО4 + 10 000 калорий[37].
Освободившаяся энергия используется для жизнедеятельности клетки (КПД процесса превышает 80 %!).
Наряду с распадом АТФ и выделением энергии в клетке постоянно происходит синтез АТФ и накопление энергии (обратные реакции).
Количество митохондрий в клетке зависит от потребности последней в энергии. Так, в клетках кожи человека находится в среднем 5–6 митохондрий, в клетках мышц – до 1000, в клетках печени – до 2500!
8. Комплекс Гольджи. Итальянский ученый Гольджи обнаружил и описал структуру клетки, напоминающую стопки мембран, цистерны, пузырьки и трубочки. Расположена эта система чаще всего возле ядра.
Функции комплекса Гольджи: в полостях комплекса накапливаются всевозможные продукты обмена клетки, которые по каким-либо причинам не вывелись наружу. В последствии эти продукты могут быть использованы клеткой для процессов жизнедеятельности. Из пузырьков и цистерночек комплекса Гольджи в растительных клетках образуются вакуоли, заполненные клеточным соком.
9. Лизосомы – мелкие органоиды. Представляют собой пузырьки, окруженные мембраной. Внутри лизосомы заполнены пищеварительными ферментами (обнаружено 12 ферментов), которые расщепляют и переваривают крупные макромолекулы (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты).
Функции лизосом: растворение и переваривание макромолекул. Лизосомы участвуют в фагоцитозе. Понятно, что основная функция по перевариванию поступающих в клетку частиц принадлежит лизосомам.
10. Пластиды. Эти органоиды характерны только для растительных клеток. Форма напоминает двояковыпуклую линзу. Структура пластид напоминает таковую у митохондрий: двойной слой мембраны. Наружная – гладкая, внутренняя образует складки, называемые тилакоидами. На тилакоидах происходит основной жизненно важный для всех зеленых растений процесс – фотосинтез:
Пластиды бывают трех типов:
1) Хлоропласты – зеленые пластиды. Их цвет обусловлен наличием хлорофилла. Хлорофилл – основное вещество хлоропластов (имеет зеленый цвет). Только благодаря хлорофиллу возможен процесс фотосинтеза (см. раздел 4.2). Хлоропласты придают зеленый цвет растительным организмам.
2) Хромопласты – пластиды, имеющие различные окраски: от ярко-желтого до пурпурно-багряного. Наличие различных пигментов окрашивают плоды, цветки и осенние листья растений в соответствующие цвета. Этот факт особенно важен для привлечения насекомых к цветкам, как природный индикатор созревания плодов и др.
3) Лейкопласты – бесцветные пластиды, в которых происходит накопление запасных питательных веществ (например, крахмала).
Некоторые виды пластид могут переходить друг в друга: например, переход хлоропластов в хромопласты: созревание томатов, яблок, вишни, и т. д.; изменение окраски листьев в осенний период времени. Лейкопласты могут переходить в хлоропласты: позеленение картофеля на свету. Это доказывает общность происхождения пластид.
11. Клеточные включения. Вакуоли. Это непостоянные и необязательные составляющие клетки. Они могут появляться и исчезать в течение всей жизни клетки. К ним относятся капли жира, зерна крахмала и гликогена, кристаллы щавелево-кислого кальция и др. Жидкие продукты обмена называются клеточным соком и накапливаются они в вакуолях. В клеточном соке растворены сахара, минеральные соли, пигменты и т. д. Чем старше клетка, тем больше клеточного сока накапливает клетка. Молодые клетки практически не содержат вакуолей.
Помимо перечисленного некоторые специализированные клетки обладают специальными органоидами. К ним относятся:
– реснички и жгутики, представляющие собой выросты мембраны клетки, осуществляющие движения клетки. Они имеются у одноклеточных организмов и многоклеточных (кишечный эпителий, сперматозоиды, эпителий дыхательных путей);
Читайте также: Препараты снижающие резорбцию костной ткани
– миофибриллы – тонкие нити мышечных клеток, участвующие в сокращении мышц;
– нейрофибриллы – органоиды, характерные для нервных клеток и участвующие в проведении нервных импульсов. Кроме того, в состав клеток входят центриоли – две (иногда более) цилиндрические структуры диаметром около 0,1 мкм и длиной 0,3 мкм. Место расположения центриолей в период между делениями клетки считается серединой клеточного центра. При делении клетки центриоли расходятся в противоположные стороны – к полюсам, определяя ориентацию веретена деления (рис. 16).
Следует иметь в виду, что, хотя животные и растительные клетки имеют много общего, но между ними существуют и серьёзные различия (табл. 3.1).
Более общая классификация клеток представлена на рис. 3.16.
Одно из основных отличий бактерий от архей, состоит в химическом составе мембраны. Бактерии отделены от внешней среды двойным слоем липидов (жиров и жироподобных веществ). Мембраны архей состоят из терпеновых спиртов.
Составляющие клетки: рибосомы, пластиды и митохондрии
Составляющие клетки
Строение и функции рибосом
Рибосомы — небольшие гранулообразные сферические тельца.
Обычный размер рибосом варьируется от 15 до 35 нм. Когда рибосомы функционируют, то состоят из двух субъединиц. Где находится рибосомы? Месторасположение рибосом — цитоплазма или мембраны цитоплазматической сети. Почему большинство рибосом расположены на каналах эндоплазматической сети? Это объясняется тем, что так они способны образовывать агрегаты (полисомы или полирибосомы).
Основная функция рибосом — синтез белка.
Образование субъединиц рибосом происходит в ядрышке, откуда они по отдельности через ядерные поры проникают в цитоплазму.
Синтетическая активность клетки определяет количество рибосом в цитоплазме. Оно может варьироваться от сотни до тысяч в одной клетке. Клетки, синтезирующие протеины, могут иметь больше всего рибосом. Также рибосомы можно обнаружить в митохондриальном матриксе и хлоропластах.
Какое строение имеют рибосомы?
У различных организмов, как бактерий, так и млекопитающих, рибосомы имеют схожую структуру и состав. Однако клетки прокариот отличаются наличием рибосом меньшего размера и большего количества.
В состав каждой субъединицы входит несколько типов молекул рРНК и множество разновидностей белков — примерно пропорционально.
Нахождение в цитоплазме маленькой и большой субъединиц длится до того времени, пока они не будут задействованы в биосинтезе белка. Затем происходит их объединение с молекулой иРНК — с целью синтеза. По окончании процесса синтеза они распадаются.
Синтезированные в ядре молекулы иРНК попадают в цитоплазму к рибосомам.
Молекулы тРНК осуществляют поставку к рибосомам из цитозоля аминокислот, а дальше, при участии ферментов и АТФ, происходит синтез белков.
При соединении с молекулой иРНК нескольких рибосом, происходит образование полисом — в них содержится 5-70 рибосом.
Пластиды
Пластиды — это органоиды, которые встречаются только в растительных клетках.
В клетках бактерий, грибов, цианобактерий и животных пластид нет.
В клетках высших растений насчитывается от 10 до 200 пластид, размер которых варьируется от 3 до 10 мкм. Почти все пластиды на вид как двояковыпуклая линза. Немного реже встречаются пластиды в форме палочек, пластинок, чешуек или зернышек.
Пластиды делят на несколько групп в зависимости от того, какой пигмент в них содержится. Выделяют:
- хлоропласты — это пластиды зеленого цвета;
- хромопласты — это пластиды красноватого или оранжевого цвета;
- лейкопласты — это бесцветные пластиды.
Пластиды могут трансформироваться из одного вида в другой по мере роста и развития растения. В природе такое явление встречается часто: в виде изменения окраски листьев и плодов.
Почти у всех водорослей вместо пластид — хроматофоры. Чаще всего в клетке содержится только один хроматофор: внушительного размера, в форме спиральной ленты, сетки, чаши или звездчатой пластинки.
Пластиды отличаются сложностью внутреннего строения.
К примеру, хлоропласты по строению содержат ДНК, РНК, рибосомы и различные включения вроде зерен крахмала и капель жира. Наружную часть хлоропласта ограничивает двойная мембрана. Внутри он заполнен стромой — это полужидкое вещество, содержащее граны (структуры, характерные только хлоропластам).
Граны представляют собой пакеты плоских круглых мешочков (это тилакоиды). Они сложены столбиком перпендикулярно широкой поверхности хлоропласта. Между собой тилакоиды соседних гран соединяются и образуют систему при помощи мембранных каналов или межмембранных ламел.
На поверхности гран и в их толще в особом порядке находится хлорофилл.
Что такое хлоропласты мы писали выше. Хлоропласты есть в клетках высших растений — это пластиды зеленого цвета. Хлоропласты по строению и функциям могут иметь разное число гран.
К примеру, хлоропласты клеток шпината содержат по 40-60 гран.
За хлоропластами не закреплено конкретное место в цитоплазме: они могут его менять пассивно, либо активно, перемещаясь в направлении источника света (фототаксис).
Особенность хлоропластов по функциям заключается в том, что они особо активно двигаются, когда существенно повышается одностороннее освещение. В таких ситуациях они начинают скапливаться у боковых стенок клетки и ребром ориентироваться на источник энергии.
Если освещение слабое, то хлоропласты ориентируются на свет широкой стороной и размещаются вдоль стенки клетки, которая обращена к свету. Средняя освещенность обеспечивает срединное расположение хлоропластов — это наиболее благоприятные условия для фотосинтеза.
Читайте также: Картины в технике аппликация из ткани
Сложная внутренняя пространственная организация элементов структуры позволяет выполнять хлоропластам функцию эффективного поглощения и пользования лучистой энергией. Также строение хлоропластов возможность разграничить во времени и пространстве множество и многообразие реакций, составляющих процесс фотосинтеза. Зависимые от света реакции происходят только в тилакоидах, а биохимические реакции — в строме хлоропласта.
Молекула хлорофилла похожа на молекулу гемоглобина. Единственное различие — в центре молекулы гемоглобина находится атом железа, а у хлорофилла — атом магния.
Различают 4 типа хлорофилла: a, b, с и d.
Типы хлорофилла a и b встречаются в хлоропластах высших растений и зеленых водорослей. Типы а и с — хлоропласты диатомовых водорослей. Типы a и d — хлоропласты красных водорослей.
Наиболее изученными являются типы хлорофилла a и b — первым их выделил российский ученый М. С. Цвет в начале 20 века.
Есть еще 4 вида бактериохлорофиллов — это зеленые пигменты зеленых и пурпурных бактерий. Они также обозначаются как a, b, с и d.
Бактериофилл типа а содержится в большинстве бактерий, которые способны к фотосинтезу. Отдельные бактерии содержат вариант b. Для зеленых водорослей характерны варианты с и d.
Особенность хлорофилла в том, что он отлично поглощает лучистую энергию и передает ее другим молекулам. Поэтому он является единственным веществом на планете, обеспечивающим фотосинтез.
Пластиды, как и митохондрии, отличаются определенной автономностью внутри клетки. Основной путь их размножения — деление.
Кроме фотосинтеза в хлоропластах осуществляется также синтез белков, липидов и некоторых витаминов.
ДНК в пластидах обеспечивает передачу признаков по наследству — это называется цитоплазматической наследственностью.
Это кратко о том, что такое хлоропласт и хромопласт.
Митохондрии
Цитоплазма почти всех растительных и животных клеток содержит определенные органеллы — они достаточно большие (от 0,2 до 7 мкм), овальной формы и покрыты двумя мембранами.
Митохондрии — силовые станции клеток.
Почему митохондрии называют силовыми станциями клеток? Все потому, что их основная функция заключается в синтезе АТФ. Благодаря митохондриям энергия химических связей органических веществ превращается в энергию фосфатных связей молекулы АТФ.
АТФ, в свою очередь — это универсальный источник энергии для всех процессов жизнедеятельности клетки и целого организма. Синтезированная в митохондриях АТФ свободно поступает в цитоплазму, а дальше — к ядру и органеллам клетки, где ее химическая энергия и находит применение.
Почти все эукариотические клетки имеют митохондрии. Исключение составляют эритроциты и анаэробные простейшие. Митохондрии, как и хлоропласты, располагаются в цитоплазме, но хаотичным образом. Около ядра и в местах с высокой потребностью в энергии они встречаются чаще.
К примеру, если рассмотреть мышечные волокна, то в них митохондрии находятся между миофибриллами.
Теперь поговорим о строении и функциях митохондрий.
Митохондрии способны менять форму и структуру, совершать движения внутри клетки. Число этих органелл меняется от нескольких десятков до нескольких тысяч — все зависит от того, насколько клетка активна.
Клетка печени млекопитающего содержит свыше тысячи митохондрий.
У различных типов клеток и тканей структура митохондрий может незначительно различаться, но в общем — можно говорить о принципиально одинаковом строении и функциях митохондрий.
Образование митохондрий происходит при помощи деления. Когда клетка делится, то эти органеллы распределяются между дочерними клетками равномерно.
Внешняя мембрана является гладкой, без каких-либо складок и выростов. Она обладает высокой проницаемостью для различных органических молекул. В ней содержатся ферменты, превращающие вещества в реакционно способные субстраты. Также внешняя мембрана принимает участие в образовании межмембранного пространства.
Что касается внутренней мембраны, то она не обладает проницаемостью для большинства веществ. Она образует большое количество выпячиваний внутрь матрикса — крист. В митохондриях разных клетках находится разное количество крист. Это число варьируется от нескольких десятков до нескольких сотен. Митохондрии активно функционирующих клеток, к примеру, мышечных, содержат наибольшее количество крист.
В них содержатся белки, участвующие в трех наиболее важных процессах:
- Ферменты, отвечающие за катализирующие окислительно-восстановительные реакции цепи дыхания и транспорта электронов.
- Специфические транспортные белки — они участвуют в процессе образования катионов водорода в межмембранном пространстве.
- Ферментативный комплекс АТФ-синтетазы, синтезирующий АТФ.
Матрикс — это внутреннее пространство митохондрии, которое ограничено внутренней мембраной.
В матриксе содержится сотни разнообразных ферментов, принимающих участие в разрушении органических веществ, в том числе до образования углекислого газа и воды. Происходит освобождение энергии химических связей между атомами молекул: в последующем эта энергия превращается в энергию макроэргических связей в молекуле АТФ. В составе матрикса также имеются рибосомы и молекулы митохондриальной ДНК.
ДНК и рибосомы митохондрий обеспечивают синтез белков, которые нужны самой органелле. Они не образуются в цитоплазме.
Это краткая информация о том, что такое хлоропласты в биологии, в чем особенность рибосом и какие выполняют функции хлоропласты, митохондрии и рибосомы.
- 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