Биология изучает все живое на планете Земля, начиная с глобальной экосистемы Земли — биосферы — и заканчивая самыми мельчайшими живыми частицами — клетками. Раздел биологии о клетках называется «цитология». Она изучает все живые клетки, которые бывают ядерными и безъядерными.
Значение ядра для клетки
Как видно из названия, безъядерные клетки не имеют ядра. Они характерны для прокариотов, которые сами по себе являются такими клетками. Сторонники теории эволюции считают, что эукариотические клетки произошли от прокариотических. Основным отличием эукариотов в процессе развития жизни стало именно клеточное ядро. Дело в том, что в ядрах содержится вся наследственная информация – ДНК. Потому для эукариотических клеток отсутствие ядра обычно отклонение от нормы. Однако бывают исключения.
Прокариотические организмы
Безъядерными клетками являются прокариотические организмы. Прокариоты – древнейшие существа, состоящие из одной клетки или колонии клеток, к ним относятся бактерии и археи. Их клетки называют доядерными.
Главной особенностью биологии клеток прокариотов является, как уже было упомянуто, отсутствие ядра. По этой причине их наследственная информация хранится оригинальным способом – вместо эукариотических хромосом ДНК прокариота «упакована» в нуклеоид – кольцевую область в цитоплазме. Наряду с отсутствием оформленного ядра нет мембранных органоидов – митохондрий, аппарата Гольджи, пластид, эндоплазматической сети. Вместо них необходимые функции выполняются мезосомами. Рибосомы прокариотов гораздо меньше эукариотических по размеру, а их количество меньше.
Безъядерные клетки растений
У растений есть ткани, состоящие из одних безъядерных клеток. Например, луб или флоэма. Он находится под покровной тканью и представляет собой систему из разных тканей: основной, опорной и проводящей. Основным элементом луба, относящимся к проводящей ткани, являются ситовидные трубки. Состоят они из члеников — удлинённых безъядерных клеток с тонкими клеточными стенками, главным компонентом которых являются целлюлоза и пектиновые вещества. Ядро они теряют при созревании — оно отмирает, а цитоплазма превращается в тонкий слой, размещённый у стенки клетки. Жизнь этих безъядерных клеток связана с клетками-спутниками, имеющими ядро; они тесно связаны друг с другом и фактически составляют одно целое. Членики и спутники развиваются в общей меристематической клетке.
Клетки ситовидных трубок живые, но это единственное исключение; все остальные клетки без ядра у растений являются мертвыми. У эукариотических организмов (к которым относятся и растения) безъядерные клетки способны жить очень короткое время. Клетки ситовидных трубок недолговечны, после смерти образуют поверхностный слой растения – покровную ткань (например, кору дерева).
Безъядерные клетки человека и животных
В организме человека и млекопитающих животных также есть клетки без ядра – эритроциты и тромбоциты. Рассмотрим их подробнее.
Эритроциты
Иначе их называют красными кровяными тельцами. На этапе формирования молодые эритроциты содержат ядро, а вот взрослые клетки его не имеют.
Эритроциты обеспечивают насыщение кислородом органов и тканей. С помощью содержащегося в красных кровяных клетках пигмента гемоглобина клетки связывают молекулы кислорода и переносят их от лёгких в мозг и к другим жизненно важным органам. Также они участвуют в выводе из организма продукта газообмена – углекислого газа СО2, транспортируя его.
Эритроциты человека имеют размер всего 7-10 мкм и форму двояковогнутого диска. Благодаря маленьким размерам и эластичности, красные кровяные тельца легко проходят через капилляры, которые значительно меньше них по размеру. В результате отсутствия ядра и других клеточных органелл количество гемоглобина в клетке повышено, гемоглобин заполняет весь её внутренний объём.
Выработка эритроцитов проходит в костном мозге ребёр, черепа и позвоночника. У детей задействован также костный мозг костей ног и рук. Каждую минуту формируется более 2 миллионов эритроцитов, живущих около трёх месяцев. Интересный факт – красные клетки крови составляют примерно ¼ от всех клеток человека.
Тромбоциты
Раньше их называли еще кровяными пластинками. Это мелкие безъядерные клетки крови плоской формы, размер которых не превышает 2-4 мкм. Представляют собой фрагменты цитоплазмы, которые отделились от клеток костного мозга – мегакариоцитов.
Функцией тромбоцитов является формирование сгустка крови, который «затыкает» в сосудах поврежденные места, и обеспечение нормальной свертываемости крови. Также кровяные пластинки могут выделять соединения, способствующие росту клеток (так называемые факторы роста), поэтому они важны для заживления поврежденных тканей и способствуют их регенерации. Когда тромбоциты активизируются, то есть переходят в новое состояние, они принимают форму сферы с выростами (псевдоподиями), при помощи которых сцепляются друг с другом или сосудистой стенкой, закрывая тем самым её повреждение.
Отклонение количества тромбоцитов от нормы может приводить к различным заболеваниям. Так, уменьшение количества кровяных пластинок повышает риск кровотечений, а их увеличение приводит к тромбозу сосудов, то есть появлению сгустков крови, которые в свою очередь могут стать причиной инфарктов и инсультов, эмболии лёгочной артерии и закупорке сосудов в других органах.
Читайте также: Плащевая ткань оксфорд 210
Образуются тромбоциты в костном мозге и селезёнке. После формирования 1/3 из них разрушается, а оставшиеся циркулируют в кровотоке чуть дольше недели.
Корнеоциты
Некоторые клетки кожи человека также не содержат ядер. Из безъядерных клеток состоят два верхних слоя эпидермиса – роговой и блестящий (цикловидный). Оба состоят из одинаковых клеток – корнеоцитов, которые представляют собой бывшие клетки нижних слоев эпидермиса – кератиноциты. Эти клетки, образовавшись на границе наружного и среднего слоев кожи (дермы и эпидермиса), поднимаются по мере «взросления» все выше, в шиповатый, а затем и в зернистый слои эпидермиса. В кераноците накапливается вырабатываемый им белок кератин — важный компонент, который отвечает за прочность и упругость нашей кожи. В итоге клетка теряет ядро и практически все органеллы, поэтому большую её часть составляет белок кератин.
Получившиеся корнеоциты имеют плоскую форму. Плотно прилегая друг к другу, они образуют роговой слой кожи, служащий барьером для микроорганизмов и многих веществ – его чешуйки выполняют защитную функцию. Переходным от зернистого к роговому служит блестящий слой, также состоящий из потерявших ядра и органеллы кератиноцитов. По сути, корнеоциты – это мертвые клетки, так как никаких активных процессов в них не происходит.
Безъядерные клетки в трансплантологии
Для клонирования клеток нужных тканей в трансплантологии используются искусственно созданные безъядерные клетки. Так как генетическую информацию у эукариотических организмов хранит именно ядро, путём манипуляций с ним можно воздействовать на свойства клетки. Как бы фантастически это ни звучало, но можно заменить ядро и таким способом получить совершенно другую клетку. Для этого ядра удаляются или разрушаются различными способами – хирургическим, с помощью ультрафиолетового излучения или центрифугирования в сочетании с воздействием цитохалазинов. В полученную безъядерную клетку пересаживают новое ядро.
До сих пор учёные не пришли к общему мнению по поводу этичности клонирования, потому оно всё ещё находится под запретом.
Таким образом, фактически живые безъядерные клетки у высших (эукариотических) организмов почти не встречаются. Исключением являются клетки крови человека – эритроциты и тромбоциты, а также клетки флоэмы у растений. В остальных случаях безъядерные клетки нельзя назвать живыми, как, например, клетки верхних слоев эпидермиса или клетки, полученные искусственным путем для клонирования тканей в трансплантологии.
Научная электронная библиотека
§ 3.1.4. Строение клетки
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;
Читайте также: Ткань с рисунком денег
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.
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
Читайте также: Какая ткань нужна для рисования по ткани
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);
– 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.
- 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