Строение клетки

11. Строение клетки

Клетка – элементарная структурная и функциональная единица растительных и животных организмов, способная к самовоспроизведению и развитию.

Все живые организмы можно разделить на одноклеточные и многоклеточные.  Тело одноклеточного организма представляет собой автономную клетку, способную к самостоятельному существованию.  Тело многоклеточных организмов состоит из огромного множества клеток, которые дифференцированы по строению и выполняемым функциям.

Клетки бывают рaзличной формы:  шaровидные, веретеновидные, плоские, кубические, призмaтические, полигонaльные, пирaмидaльные, звездчaтые, чешуйчaтые, отросчaтые, aмебовидные.

Каждая клетка покрыта плазматической мембраной, или плазмолеммой, толщина которой около 10 нм. Обнаружить её и изучить строение удалось лишь с помощью электронного микроскопа в середине 50-х годов XX века. Однако, еще до того как её удалось рассмотреть, учёные не сомневались в её существовании.

Плазматическая мембрана играет роль механического барьера между сложно организованным внутренним содержимым клетки и внешней средой, а главное, ограничивает свободный поток химических веществ как в клетку, так и из неё. Благодаря специальным рецепторным белкам, входящим в структуру мембраны, плазмолемма обладает избирательной пропускной способностью.

Клеточная (или плазматическая) мембрана представляет собой тонкую, гибкую и эластичную структуру толщиной всего 7,5-10 нм. Она состоит в основном из белков и липидов. Примерное соотношение ее компонентов таково: белки — 55%, фосфолипиды — 25%, холестерол — 13%, другие липиды — 4%, углеводы — 3%.

Большинство мембранных белков являются гликопротеинами. Различают два типа мембранных белков: интегральные, которые пронизывают мембрану насквозь; периферические, которые выступают только над одной ее поверхностью, не достигая другой.

Многие интегральные белки формируют каналы (или поры), через которые во внутри- и внеклеточную жидкость могут диффундировать вода и водорастворимые вещества, особенно ионы. Другие интегральные белки функционируют как белки-переносчики, осуществляя транспорт веществ, для которых липидный слой непроницаем.

Молекулы периферических мембранных белков часто бывают связаны с интегральными белками. Большинство периферических белков являются ферментами или играют роль диспетчера транспорта веществ через мембранные поры.

Крупные пищевые частицы не могут пройти внутрь клетки через белковые каналы. Это возможно благодаря процессам эндоцитоза. Этот термин объединяет два процесса, протекающих по одной схеме: фагоцитоз – активный захват клеткой твёрдых частиц и пиноцитоз - захват клеточной поверхностью жидкости с содержащимися в ней веществами. Существует и обратный эндоцитозу процесс – экзоцитоз – выведение из клетки синтезированных в ней веществ, например, гормонов, или ненужных клетке веществ, упакованных в мембранные пузырьки.

Ядро – основной компонент клетки, несущей генетическую информации. Оно располагается обычно в центре клетки. Форма различная, но всегда круглая или овальная. Размеры различны.  В ядре сосредоточено более 90 % ДНК клетки, поэтому ядро является хранилищем информации о структуре и обо всех процессах жизнедеятельности не только самой клетки, но и целого организма. В животной клетке ядро обычно расположено в центре, а в клетках растений находится на периферии клетки.

Ядро отграничено от цитоплазмы двойной ядерной мембраной, пронизанной порами, через которые из ядра в цитоплазму выходят относительно небольшие молекулы и-РНК и т-РНК, а из цитоплазмы в ядро поступают молекулы АТФ, ферменты, минеральные вещества. Внутренняя мембрана гладкая, а внешняя переходит в каналы эндоплазматической сети (ЭПС).

Жидкое содержимое клеточного ядра называется кариоплазмой. Клеточное ядро состоит из ядерного сока, хроматина и ядрышка.

В живой клетке ядерный сок выглядит бесструктурной массой, заполняющей промежутки между структурами ядра. В состав ядерного сока входят различные белки, в том числе большинство ферментов ядра, белки хроматина и рибосомальные белки. В ядерном соке находятся также свободные нуклеотиды, необходимые для построения молекул ДНК и РНК, аминокислоты, все виды РНК, а также продукты деятельности ядрышка и хроматина, транспортируемые затем из ядра в цитоплазму.

Хроматином (от греч.chroma-окраска, цвет)называют глыбки, гранулы и сетевидные структуры ядра, интенсивно окрашивающиеся некоторыми красителями и отличаются по форме от ядрышка. Хроматин содержит ДНК и белки и представляет собой спирализованные и уплотненные участки хромосом. Спирализованные участки хромосом в генетическом отношении неактивны. Свою специфическую роль-передачу генетической информации-могут осуществлять только деспирализованные-раскрученные участки хромосом, которые в силу своей малой толщины не видны в световой микроскоп.

Совокупность признаков полного набора хромосом в клетках какого- либо вида живых организмов, называется кариотипом. Кариотип уникален. Есть виды, у которых число хромосом в кариотипе одинаково (например, у картофеля и шимпанзе по 48 хромосом), однако форма и строение их различны.

Третья характерная для клетки структура – ядрышко. Оно представляет собой плотное округлое тельце, погруженное в ядерный сок. В ядрах разных клеток, а также в ядре одной и той же клетки в зависимости от её функционального состояния число ядрышек может колебаться от 1 до 7 и более. Количество ядрышек может превышать число хромосомом в наборе; это происходит за счет избирательной редупликации генов, отвечающих за синтез рибосомной РНК. Ядрышки есть только в неделящихся ядрах, во время митоза они исчезают вследствие спирализации хромосом и выхода всех ранее образованных рибосом в цитоплазму, а после завершения деления возникают вновь.

Ядрышко не является самостоятельной структурой ядра. Оно образуется вокруг участка хромосомы, в котором закодирована структура р-РНК. Этот участок хромосомы –ген – носит название ядрышкового организатора(ЯО), и на нем происходит синтез р-РНК.
В 1825 году чешский учёный Ян ПУркине открыл ядро яйцеклетки птиц, а 1831 году английский ботаник Роберт Броун обнаружил наличие ядра в клетках растений.

Клетки, из которых состоят ткани многоклеточных организмов, называются соматическими. Ядра таких клеток содержат двойной, или диплоидный, набор хромосом. При оплодотворении одна половина хромосом досталась каждой клетке от материнской яйцеклетки, вторая половина – от отцовского сперматозоида. Две одинаковые по структуре и содержанию хромосомы (одна от матери, вторая от отца), получившие название гомологичных хромосом, объединяются и образуют пары. Исключение составляют половые хромосомы. Например, у млекопитающих гомологичными являются две Х-хромосомы, полученные от матери и отца, а Х-хромосома матери и Y-хромосома отца не гомологичны.

В отличие от соматических клеток, гаметы, или половые клетки, содержат гаплоидный, или одинарный, набор хромосом.

Цитоплазма представляет собой внеядерную часть клетки, ограниченную от окружающей среды плазматической мембраной. Содержимое клетки вместе с ядром называется протоплазмой.

Важнейшая роль цитоплазмы — объединение всех клеточных структур (компонентов) и обеспечение их химического взаимодействия. Она выполняет и другие функции, в частности, поддерживает тУргор клетки.

Термин «цитоплазма» предложен Эдуардом Страсбургером в 1882 г.

В состав цитоплазмы входят органические и неорганические вещества. Основное вещество цитоплазмы — вода. В цитоплазме протекают почти все процессы клеточного метаболизма. Жидкая часть цитоплазмы – цитозоль – составляет около половины объема клетки. Цитоплазма постоянно движется, перетекает внутри живой клетки, перемещая вместе с собой различные вещества, включения и органоиды.

У всех эукариот в цитоплазме присутствует сложная опорная система – цитоскелет, в котором выделяют несколько основных систем, каждая из которых выполняет определенные функции: микрофиламенты – белковые нити диаметром всего 4-7 нм участвуют в изменении конфигурации плазматической мембраны; промежуточные филаменты имеют средний диаметр 10 нм, их функции изучены не достаточно; микротрубочки диаметром 20-30 нм выполняют механическую функцию – поддерживают постоянную форму клетки, а так же участвуют в переносе различных веществ по цитоплазме.

Клеточный центр, или центросома, расположен в цитоплазме рядом с ядром и образован двумя центриолями – цилиндрами, расположенными перпендикулярно друг другу, состоящими из белка тубулИна. Диаметр каждой центриоли 150-250 нм, а длина – 300-500 нм. Центриоли – самовоспроизводящиеся органоиды: перед началом митоза происходит их удвоение. В профазе митоза две пары центриолей расходятся к полюсам клетки. От них начинает формироваться веретено деления, которое в анафазе митоза растаскивает удвоившиеся хромосомы к разным полюсам. Центриоли были открыты в 1875 г. Вальтером ФлЕмингом.

Рибосомы (от «РНК» и soma – тело) – клеточные немембранные органоиды, осуществляющие синтез белка.  Рибосомы содержатся в клетках всех без исключения живых организмов. В каждой клетке содержится от десятков тысяч до миллионов рибосом. Рибосомы эукариот расположены на мембранах эндоплазматической сети и в цитоплазме.

Состоят рибосомы из двух субъединиц: большой и малой. Каждая субъединица представляет собой комплекс рибосомных РНК и белка. Между субъединицами имеется щель, в которой расположена молекула информационной РНК, в которой закодирована информация о структуре белка.

Комплекс ГОльджи занимает ключевое место среди мембранных органоидов клетки. Впервые этот органоид был описан итальянским врачом Камилло Гольджи, в честь которого и получил своё название. Этот органоид представляет собой систему полостей, канальцев и плоских цистерн, окружённых множеством пузырьков. Часть пузырьков доставляет в комплекс Гольджи химические вещества из эндоплазматической сети. В цистернах эти вещества хранятся, химически перерабатываются и сортируются. Другие пузырьки приспособлены для выведения из клетки продуктов синтеза, поэтому в железистых клетках комплекс Гольджи значительно развит.

Лизосомы – клеточный органоид размером 0,2 — 0,4 мкм (микрометр), окружённый мембраной и наполненный растворимыми гидролитическими ферментами, который отвечает за внутриклеточное переваривание макромолекул. Они содержат специальные ферменты, способные расщеплять углеводы, липиды, белки. Формируются лизосомы в комплексе Гольджи, где накапливаются пищеварительные ферменты. Попадая в цитоплазму, они сливаются с пищеварительными вакуолями и превращаются во вторичные лизосомы. 

Митохондрии - двумембранные органоиды клеток, выполняющие энергетическую функцию. Размеры и форма митохондрий сильно варьирует у разных видов. Обычно ширина не превышает 0,5 мкм, а длина 7- 60 мкм. Внешняя мембрана митохондрии гладкая и пронизана порами, а внутренняя образует многочисленные складки – кристы, на которых при помощи ферментов осуществляется синтез АТФ. Внутреннее содержимое митохондрий – матрикс, содержит ряд ферментов клеточного дыхания, нуклеиновые кислоты и рибосомы. Митохондрии обладают собственной ДНК.

Пластиды являются двумембранными органоидами, характерными исключительно для растительных клеток (исключение составляют простейшие –эвглена зелёная и вольвокс). По строение они схожи с митохондриями. Под двойной мембраной располагаются мембранные структуры – граны, по форме напоминающие стопки из компактно уложенных дисков – тилакоидов. В гранах накапливаются пигменты. Пластиды, содержащие зелёный пигмент хлорофилл, называются хлоропластами. Хромопласты содержат красные и жёлтые пигменты. В бесцветных лейкопластах пигментов нет. Внутреннее содержимое пластид – строма, содержит нуклеиновые кислоты и рибосомы. Основная функция хлоропластов – фотосинтез – биологический синтез органических веществ за счёт энергии света.