Наука, изучающая строение и функции клеток, называется цитология .
Клетка - элементарная структурная и функциональная единица живого.
Клетки, несмотря на свои малые размеры, устроены очень сложно. Внутреннее полужидкое содержимое клетки получило название цитоплазмы .
Цитоплазма является внутренней средой клетки, где проходят различные процессы и расположены компоненты клетки - органеллы (органоиды).
Клеточное ядро
Клеточное ядро - это важнейшая часть клетки.
От цитоплазмы ядро отделено оболочкой, состоящей из двух мембран. В оболочке ядра имеются многочисленные поры для того, чтобы различные вещества могли попадать из цитоплазмы в ядро, и наоборот.
Внутреннее содержимое ядра получило название кариоплазмы
или ядерного сока
. В ядерном соке расположены хроматин
и ядрышко
.
Хроматин
представляет собой нити ДНК. Если клетка начинает делиться, то нити хроматина плотно накручиваются спиралью на особые белки, как нитки на катушку. Такие плотные образования хорошо видны в микроскоп и называются хромосомами
.
Ядро содержит генетическую информацию и управляет жизнедеятельностью клетки.
Ядрышко
представляет собой плотное округлое тело внутри ядра. Обычно в ядре клетки бывает от одного до семи ядрышек. Они хорошо видны между делениями клетки, а во время деления - разрушаются.
Функция ядрышек - синтез РНК и белков, из которых формируются особые органоиды - рибосомы
.
Рибосомы
участвуют в биосинтезе белка. В цитоплазме рибосомы чаще всего расположены на шероховатой эндоплазматической сети
. Реже они свободно взвешены в цитоплазме клетки.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) участвует в синтезе белков клетки и транспортировке веществ внутри клетки.
Значительная часть синтезируемых клеткой веществ (белков, жиров, углеводов) не расходуется сразу, а по каналам ЭПС поступает для хранения в особые полости, уложенные своеобразными стопками, “цистернами”, и отграниченные от цитоплазмы мембраной. Эти полости получили название аппарат (комплекс) Гольджи
. Чаще всего цистерны аппарата Гольджи расположены вблизи от ядра клетки.
Аппарат Гольджи
принимает участие в преобразовании белков клетки и синтезирует лизосомы
- пищеварительные органеллы клетки.
Лизосомы
представляют собой пищеварительные ферменты, “упаковываются” в мембранные пузырьки, отпочковываются и разносятся по цитоплазме.
В комплексе Гольджи также накапливаются вещества, которые клетка синтезирует для нужд всего организма и которые выводятся из клетки наружу.
Митохондрии - энергетические органоиды клеток. Они преобразуют питательные вещества в энергию (АТФ), участвуют в дыхании клетки.
Митохондрии покрыты двумя мембранами: наружная мембрана гладкая, а внутренняя имеет многочисленные складки и выступы - кристы.
Плазматическая мембрана
Чтобы клетка представляла собой единую систему, необходимо, чтобы все ее части (цитоплазма, ядро, органоиды) удерживались вместе. Для этого в процессе эволюции развилась плазматическая мембрана , которая, окружая каждую клетку, отделяет ее от внешней среды. Наружная мембрана защищает внутреннее содержимое клетки - цитоплазму и ядро - от повреждений, поддерживает постоянную форму клетки, обеспечивает связь клеток между собой, избирательно пропускает внутрь клетки необходимые вещества и выводит из клетки продукты обмена.
Строение мембраны одинаково у всех клеток. Основу мембраны составляет двойной слой молекул липидов, в котором расположены многочисленные молекулы белков. Некоторые белки находятся на поверхности липидного слоя, другие - пронизывают оба слоя липидов насквозь.
Специальные белки образуют тончайшие каналы, по которым внутрь клетки или из нее могут проходить ионы калия, натрия, кальция и некоторые другие ионы, имеющие маленький диаметр. Однако более крупные частицы (молекулы пищевых веществ - белки, углеводы, липиды) через мембранные каналы пройти не могут и попадают в клетку при помощи фагоцитоза или пиноцитоза:
- В том месте, где пищевая частица прикасается к наружной мембране клетки, образуется впячивание, и частица попадает внутрь клетки, окруженная мембраной. Этот процесс называется фагоцитозом (клетки растений поверх наружной клеточной мембраны покрыты плотным слоем клетчатки (клеточной оболочкой) и не могут захватывать вещества при помощи фагоцитоза).
- Пиноцитоз отличается от фагоцитоза лишь тем, что в этом случае впячивание наружной мембраны захватывает не твердые частицы, а капельки жидкости с растворенными в ней веществами. Это один из основных механизмов проникновения веществ в клетку.
Клетка - это основная форма организации живого вещества, лежащая в основе строения и развития животных И растений. Признаки, характерные для всех клеток, - это метаболизм, раздражимость, рост и размножение.
Продолжительность жизни некоторых клеток незначительна (клетки крови и многослойного эпителия), в то время как другие живут гораздо дольше (клетки соединительной ткани) или сохраняются в течение всей жизни (нервные). По мере отмирания клеток происходит процесс их восполнения за счет размножения и специализаций малодифференцированных клеток.
Строение клетки . Клетка представляет собой живую систему, состоящую из двух связанных между собой частей - цитоплазмы и ядра (рис. 1).
Ядро - важнейшая составная часть полноценной клетки. Оно содержит геном и продуцирует макромолекулы, контролирующие синтетические процессы цитоплазмы. Клетки без ядра (эритроциты млекопитающих, кровяные пластинки, центральные волокна хрусталика) не способны синтезировать белок и соответственно ограничены в метаболической активности. Форма ядер и их размеры в клетках различного типа весьма разнообразны и специфичны. Для большинства плоских, кубических и округлых клеток характерны шарообразные ядра. Такая же форма ядра у отростчатых нервных клеток, тогда как среди шарообразных клеток крови встречаются клетки с сегментированными ядрами. В ядре различают ядерную оболочку, хроматин, ядрышко и ядерныи сок.
Ядерная оболочка (кариолемма) состоит из двух элементарных липопротеидных мембран, разделенных перинуклеарным пространством в 20 ... 100 нм. Через определенные промежутки мембраны ядерной оболочки формируют поры диаметром 80 ... 90 нм. В области поры наружная и внутренняя мембраны сближаются и непосредственно переходят одна в другую. Количество пор зависит от функциональной активности клетки.
Хроматин ядра получил свое название за способность интенсивно окрашиваться основными красителями, что обусловлено главным образом присутствием в ядре дик. Последняя, будучи характерной составной частью хромосом, определяет основные процессы в клетках. Из хроматина построены хромосомы. Химический анализ хромосом свидетельствует что выделенное из ядер вещество - дезоксирибонуклеопротеид (ДИП) содержит ДИК (40 % общей массы), незначительное количество РИК (до 1 %) и белки. Специфичность структуры молекул ДИК и РИК, характерная для каждого организма.
Ядрышко - тельце сферической формы диаметром 1 ... 5 мкм, сильно преломляющее свет. Размеры его варьируют в зависимости от физиологического состояния клеток. Наиболее крупные ядрышки встречаются в быстро размножающихся эмбриональных клетках и клетках опухолей. В ядрышке РНК связывается с белком. Здесь происходит сборка субъединиц рибосом, которые, по-видимому, и являются гранулярным компонентом ядрышка. Окончательно рибосомы формируются вне ядрышка.
Ядерный сок (кариоплазма) - микроскопически бесструктурное вещество ядра; содержит различные белки (нуклеопротеиды, гликопротеиды, ферменты) и соединения, участвующие в процессах синтеза нуклеиновых кислот, белков и других компонентов, входящих в состав кариоплазмы.
Цитоплазма клетки состоит из микроскопически бесструктурного основного вещества - гиалоплазмы, в которой рассредоточены ее специализированные структуры (органеллы), выполняющие определенные функции.
Гиалоплазма - гетерогенное по химическому составу вещество цитоплазмы клеток; содержит белки, в том числе ферменты, нуклеиновые кислоты, полисахариды, аминокислоты, нуклео??тиды И многие другие соединения, участвующие в метаболизме клеток. Гиалоплазма - среда, объединяющая различные структуры клетки и обеспечивающая их взаимодействие. В гиалоплазме сосредоточены АТФ, продукты обмена, включения в виде глыбок гликогена, капель жира, пигментов и др.
Органеллы - структуры цитоплазмы, выполняющие в клетке специфические функции. К ним относят плазмолемму, рибосомы, эндоплазматическую сеть, митохондрии, комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы, центросому. Кроме названных органелл в цитоплазме клеток находится значительное количество различных по морфологии и функциональному значению структур (фибрилл, филаментов, микротрубочек), отражающих специфичность дифференцировки, характерной для определенных тканей.
Плазмолемма - оболочка клетки, выполняющая ограничительную, транспортную и рецепторную функции.
Рибосомы представляют. собой гранулы диаметром 15 ... 35 нм. Располагаются в цитоплазме свободно или фиксированы на мембране эндоплазматической сети (гранулярная). Свободные рибосомы характерны для цитоплазмы недифференцированных камбиальных клеток. При световой микроскопии цитоплазма клеток, богатая рибосомами, базофильна. Рибосомы входят и в состав ядра где они обеспечивают синтез ядерных белков.
Митохондрии присутствуют почти во всех эукариотических клетках (рис. 1.6). Главная функция органелл - обеспечение клеток химической энергией, необходимой для биосинтетической и моторной активности. Продукты расщепления углеводов, поступающие в митохондрию в виде пируватов, аминокислоты и жирные кислоты окисляются в митохондриях до СО2 И Н2О. Освобождающаяся при этом энергия используется для синтеза АТФ из АД Ф и неорганического фосфата. Реакция формирования АТФ называется фосфорилированием, АТФ обеспечивает энергией почти все жизненные процессы, расщепляясь при этом на фосфат и АДФ. Последний вновь поглощается митохондрией и фосфорилируется. Процессы окисления, фосфорилирования и другие реакции обеспечивают содержащиеся в митохондриях ферменты (более 50). Обычно митохондрии распределены по всей цитоплазме, но иногда могут быть сконцентрированы на тех участках клетки, где потребность в энергии наибольшая.
Комплекс Гольджи (пластинчатый комплекс, или внутриклеточный сетчатый аппарат) на препаратах, обработанных нитратом серебра или четырехокисью осмия, выглядит как сеть переплетающихся темных линий. В одних клетках он локализован вблизи центриолей, в других окружает ядро, а в эпителиоцитах обычно рас пола гается между ядром и апикальной поверхностью клетки (рис. 1.7).
Лизосомы - тельца, ограниченные мембраной и содержащие около 50 различных ферментов, преимущественно гидролитических, активных при кислых значениях рН (фосфатазы, гликозидазы, протеазы, липазы, сульфатазы и др.). Свое название органелла получила за то, что содержащиеся в ней ферменты способны вызвать лизис (растворение) всех компонентов клетки. В нормальных условиях этого обычно не происходит, так как ферменты лизосом изолированы от субстратов и соответственно неактивны.
Функция лизосом заключается во внутриклеточном ферментативном расщеплении как экзогенных веществ, попавших в клетку в результате эндоцитоза, так и эндогенных (удаление органелл и включений в ходе нормального обновления или в ответ на измененную функциональную активность), Иногда проницаемость мембран лизосом повышается и их ферменты выходят в цитоплазму клетки. Тогда происходит растворение (аутолиз) клетки. Это наблюдают в условиях эксперимента, патологии и в некоторых случаях нормального функционирования органа (инволюция молочной железы после прекращения лактации, инволюция матки после родов, резорбция хвоста амфибий при метаморфозе и др.). Содержимое лизосом очень разнородно и зависит от активности данных органелл в процессах внутриклеточного переваривания, а также от особенностей объекта, подлежащего гидролитическому расщеплению.
Делит все клетки (или живые организмы ) на два типа: прокариоты и эукариоты . Прокариоты - это безъядерные клетки или организмы, к которым относятся вирусы, прокариот-бактерии и сине-зеленые водоросли, у которых клетка состоит непосредственно из цитоплазмы, в которой расположена одна хромосома - молекула ДНК (иногда РНК).
Эукариотические клетки имеют ядро , в котором находятся нуклеопротеиды (белок гистон + комплекс ДНК), а также другие органоиды . К эукариотам относятся большинство современных известных науке одноклеточных и многоклеточных живых организмов (в том числе, и растений).
Строение ограноидов эукариотов.
|
Название органоида |
Строение органоида |
Функции органоида |
|---|---|---|
|
Цитоплазма |
Внутренняя среда клетки, в которой находится ядро и другие органоиды. Имеет полужидкую, мелкозернистую структуру. |
|
|
Рибосомы |
Мелкие органоиды сферической или эллипсоидной формы диаметром от 15 до 30 нанометров. |
Обеспечивают процесс синтеза молекул белка, их сборку из аминокислот. |
|
Митохондрии |
Органоиды, имеющие самую разнообразную форму - от сферической до нитевидной. Внутри митохондрий имеются складки от 0,2 до 0,7 мкм. Внешняя оболочка митохондрий имеет двухмембранную структуру. Наружная мембрана гладкая, а на внутренней имеются выросты крестообразной формы с дыхательными ферментами. |
|
|
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) |
Система оболочек в цитоплазме, которая образует каналы и полости. Бывает двух типов: гранулированная, на которой имеются рибосомы и гладкая. |
|
|
Пластиды (органоиды, свойственные только растительным клеткам) бывают трех видов: |
Двухмембранные органоиды |
|
|
Лейкопласты |
Бесцветные пластиды, которые содержатся в клубнях, корнях и луковицах растений. |
Являются дополнительным резервуаром для хранения питательных веществ. |
|
Хлоропласты |
Органоиды овальной формы, имеющие зеленый цвет. От цитоплазмы отделяются двумя трехслойными мембранами. Внутри хлоропластов находится хлорофилл. |
Преобразуют органические вещества из неорганических, используя энергию солнца. |
|
Хромопласты |
Органоиды, от желтого до бурого цвета, в которых накапливается каротин. |
Способствуют появлению у растений частей с желтой, оранжевой и красной окраской. |
|
Лизосомы |
Органоиды округлой формы диаметром около 1 мкм, имеющие на поверхности мембрану, а внутри - комплекс ферментов. |
Пищеварительная функция. Переваривают питательные частицы и ликвидируют отмершие части клетки. |
|
Комплекс Гольджи |
Может быть разной формы. Состоит из полостей, разграниченных мембранами. Из полостей отходят трубчатые образования с пузырьками на концах. |
|
|
Клеточный центр |
Состоит из центросферы (уплотненного участка цитоплазмы) и центриолей - двух маленьких телец. |
Выполняет важную функцию для деления клетки. |
|
Клеточные включения |
Углеводы, жиры и белки, которые являются непостоянными компонентами клетки. |
Запасные питательные вещества, которые используются для жизнедеятельности клетки. |
|
Органоиды движения |
Жгутики и реснички (выросты и клетки), миофибриллы (нитевидные образования) и псевдоподии (или ложноножки). |
Выполняют двигательную функцию, а также обеспечивают процесс сокращения мышц. |
Ядро клетки является главным и самым сложным органоидом клетки, поэтому его мы рассмотрим
По своему строению клетки всех живых организмов можно разделить на два больших отдела: безъядерные и ядерные организмы.
Для того чтобы сравнить строение растительной и животной клетки, следует сказать, что обе эти структуры принадлежат к надцарству эукариот, а значит, содержат мембранную оболочку, морфологически оформленное ядро и органеллы разного назначения.
Вконтакте
Одноклассники
| Растительная | Животная | |
| Способ питания | Автотрофный | Гетеротрофный |
| Клеточная стенка | Находится снаружи и представлена целлюлозной оболочкой. Не меняет своей формы | Называется гликокаликсом — тонкий слой клеток белковой и углеводной природы. Структура может менять свою форму. |
| Клеточный центр | Нет. Может быть только у низших растений | Есть |
| Деление | Образуется перегородка между дочерними структурами | Образуется перетяжка между дочерними структурами |
| Запасной углевод | Крахмал | Гликоген |
| Пластиды | Хлоропласты, хромопласты, лейкопласты; отличаются друг от друга в зависимости от окраски | Нет |
| Вакуоли | Крупные полости, которые заполнены клеточным соком. Содержат большое количество питательных веществ. Обеспечивают тургорное давление. В клетке их относительно немного. | Многочисленные мелкие пищеварительные, у некоторых — сократительные. Строение различно с вакуолями растений. |
Особенность строения растительной клетки:
Особенность строения животной клетки:
Краткое сравнение растительной и животной клетки
Что из этого следует
- Принципиальное сходство в особенностях строения и молекулярного состава клеток растений и животных указывает на родство и единство их происхождения, вероятнее всего, от одноклеточных водных организмов.
- В составе обоих видов содержится множество элементов Периодической таблицы, которые в основном существуют в виде комплексных соединений неорганической и органической природы.
- Однако различным является то, что в процессе эволюции эти два типа клеток далеко отошли друг от друга, т.к. от различных неблагоприятных воздействий внешней среды они имеют абсолютно разные способы защиты и также имеют различные друг от друга способы питания.
- Растительная клетка главным образом отличается от животной крепкой оболочкой, состоящей из целлюлозы; специальными органоидами — хлоропластами с молекулами хлорофилла в своем составе, с помощью которых осуществим фотосинтез; и хорошо развитыми вакуолями с запасом питательных веществ.
Организм многоклеточных состоит из клеток и межклеточного вещества. Клетка является элементарной единицей живого. Это основа строения, развития и жизнедеятельности. Шванн в 1839 году открыл клеточную теорию (размножаются делением, если клетка теряет ядро, то теряет способность к делению - эритроцит).
В состав клеток входят белки, углеводы, липиды, соли, ферменты и вода. В клетке выделяют цитоплазму и ядро. Цитоплазма включает в себя гиалоплазму , органеллы и включения.
Ядро расположено в центре клетки и отделено двуслойной оболочкой. Имеет шаровидную или вытянутую форму. Оболочка - кариолемма - имеет поры, необходимые для обмена веществ между ядром и цитоплазмой.
Содержимое ядра жидкое - кариоплазма, в которой содержатся плотные тельца - ядрышки. В них выделяется зернистость - рибосомы. Основная масса ядра - ядерные белки - нуклеопротеиды, в ядрышках - рибонуклеопротеиды, а в кариоплазме - дезоксирибонуклеопротеиды. Клетка покрыта клеточной оболочкой, которая состоит из белковых и липидных молекул, имеющих мозаичную структуру. Оболочка обеспечивает обмен веществ между клеткой и межклеточной жидкостью.
ЭПС - система канальцев и полостей, на стенках которых располагаются рибосомы, обеспечивающие синтез белка. Рибосомы могут и свободно располагаться в цитоплазме.
Митохондрии - двумембранные органоиды, внутренняя мембрана которых имеет выросты - кристы. Содержимое полостей - матрикс. Митохондрии содержат большое количество липопротеидов и ферментов. Это энергетические станции клетки.
Аппарат Гольджи (1898) - система трубочек, выполняет выделительную функцию в клетке.
Клеточный центр - шаровидное плотное тело - центросфера - внутри которой имеются 2 тельца - центриоли, соединенные перемычкой. Участвует в делении клеток.
Лизосомы - круглые или овальные образования с тонкозернистым содержимым. Выполняют пищеварительную функцию.
Основная часть цитоплазмы - гиалоплазма.
Внутриклеточные включения - это белки, жиры, гликоген, витамины и пигменты.
Основные свойства клетки:
· обмен веществ
· чувствительность
· способность к размножению
Клетка живет во внутренней среде организма - кровь, лимфа и тканевая жидкость. Основными процессами в клетке являются окисление, гликолиз - расщепление углеводов без кислорода. Проницаемость клетки избирательна. Она определяется реакцией на высокую или низкую концентрацию солей, фаго- и пиноцитоз. Секреция - образование и выделение клетками слизеподобных веществ (муцин и мукоиды), защищающие от повреждения и участвующие в образовании межклеточного вещества.
Виды движений клетки:
1. амебоидное (ложноножки) - лейкоциты и макрофаги.
2. скользящее - фибробласты
3. жгутиковый тип - сперматозоиды (реснички и жгутики)
Деление клеток.
1. непрямое (митоз, кариокинез, мейоз)
2. прямое (амитоз)
При митозе ядерное вещество распределяется равномерно между дочерними клетками, т.к. хроматин ядра концентрируется в хромосомах, которые расщепляются на две хроматиды, расходящиеся в дочерние клетки.
Фазы митоза:
1. Профаза (хромосомы в ядре в виде округлых телец, клеточный центр увеличивается и концентрируется возле ядра, формируются хромосомы и растворяются ядрышки)
2. Метафаза (расщепляются хромосомы, растворяется ядерная оболочка, клеточный центр переходит в веретено деления, хромосомы образуют на экваторе экваториальную пластинку, на них образуются продольные нити)
3. Анафаза (дочерние хромосомы расходятся к полюсам, происходит деление цитоплазмы в экваториальной плоскости)
4. Телофаза (образуются дочерние клетки)
При созревании половых клеток хромосомный набор уменьшается вдвое, а при оплодотворении восстанавливается вновь. Сокращенное число - гаплоидное, полное - диплоидное. Человек имеет 46 - 2n. Дочерние клетки приобретают набор хромосом, идентичный материнскому. Процессы наследственности связаны с молекулами ДНК. Прямое деление (амитоз) - деление путем перешнуровки. Сначала делится на 2 ядро, затем цитоплазма.