Клетки

Строение и функции

ЛЕКЦИЯ №2,3

Клетки тканей растений и животных имеют различную форму и размеры в зависимости от выполняемых ими функций. По форме клетки могут быть округлые, многоугольные, палочковидные, звездчатые, отросчатые, цилиндрические, кубические и др.

Клетка представляет собой элементарную живую систему, состоящую из трех основных структурных компонентов – оболочки, цитоплазмы и ядра. Цитоплазма и ядро образуют протоплазму.

Оболочка клетки представлена комплексом биологических мембран.

Биологическая (элементарная) мембрана ограничивает содержимое клетки от внешней среды, образует стенки большинства органоидов и оболочку ядра, разделяет содержимое цитоплазмы на отдельные отсеки. У всех клеток она построена одинаково. Биологическая мембрана при рассмотрении в микроскоп выглядит трехслойной – два темных слоя, разделенные светлым. Наружный и внутренний слои мембраны образованы молекулами белков, а средний – двумя молекул липидов. Липидные молекулы расположены строго упорядоченно: водорастворимые (гидрофильные) концы молекул обращены к белковым слоям, а водонерастворимые (гидрофобные) – друг к другу.

Биологическая мембрана обладает избирательной проницаемостью, т.е. одни вещества проходят через нее легче, чем другие. Избирательная проницаемость мембраны связана с тем, что на ее поверхности имеются особые разветвленные структуры – гликокалис, представляющие собой рецепторы, которые воспринимают определенные химические вещества, окружающие клетку.

Цитоплазматическая мембрана – плазмалемма участвует в обменных процессах клетки с окружающей средой. Она образует выросты, выпячивания, складки, которые многократно увеличивают поверхностьклетки.

Поступление в клетку некоторых веществ (ионов, мелких молекул) может происходить по законам диффузии без затраты энергии.

Через цитоплазматическую мембрану могут поступать в клетку не только мелкие молекулы или ионы, но и крупные молекулы. При этом мембрана окружает частицу, края ее смыкаются и частица оказывается в мембранном пузырьке в цитоплазме. Такой способ поглощения твердых частиц называется фагоцитозом, а капель жидкости – пиноцитозом.

Таким образом, цитоплазматическая мембрана выполняет следующие основные функции:

· ограничивает и защищает клетку от воздействий окружающей среды;

· регулирует обмен веществ и энергии между клеткой и внешней средой;

· обеспечивает связь между клетками в тканях многоклеточного организма;

· выполняет рецепторную функцию;

Цитоплазма составляет основную массу клетки. Она на 85% состоит из воды и на 10% - из белков. Остальной объем приходится на долю липидов, углеводов, нуклеиновых кислот и минеральных соединений. В цитоплазме различают гиалоплазму, органоиды и включения. В цитоплазме клеток расположен цитоскелет, образованный развитой сетью белковых нитей, способных сокращаться. Цитоскилет заполняет все пространство между ядерной оболочкой и плазмалеммой. Он определяет форму клетки и участвует в различных движениях самой клетки (например, при делении) и во внутриклеточном перемещении органоидов и отдельных соединений.

Гиалоплазма (или цитоплазматический матрикс) представлена однородным мелкозернистым веществом, обеспечивающим вязкость, эластичность, сократимость и движение цитоплазмы. Гиалоплазма является внутренней средой клетки, где протекают реакции внутриклеточного обмена.

Органоиды – это специализированные участки цитоплазмы клетки, имеющие определенную структуру и выполняющие определенные функции в клетке. Их подразделяют на:

- органоиды общего назначения, которые имеются в большинстве клеток (митохондрии, комплекс Гольджи, рибосомы и т.д)

- органоиды специального назначения, которые имеются только в специализированных клетках (миофибриллы – в мышечных клетках).

Большинство органоидов имеет мембранное строение. Мембраны отсутствуют в структуре рибосом и клеточного центра

Митохондрии имеются во всех клетках, однако число их колеблется в широких пределах. Стенка митохондрий состоит из двух мембран – наружной, гладкой, и внутренней, образующей выросты – кристы, которые вдаются во внутреннее содержимое митохондрии. Основными функциями митохондрий является окисление органических соединений до диоксида углерода и воды и накопление химической энергии, т.е. в митохондриях протекает кислородный этап энергетического обмена и биосинтез специфических белков.

Эндоплазматическая сеть представлена системой каналов и полостей, образованных элементарными мембранами и пронизывающих всю гиалоплазму клетки. Имеются два типа эндоплазматической сети – гладкая (агранулярная) и шероховатая (гранулярная). На мембранах гладкой эндоплазматической сети локализованы ферментные системы жирового и углеводного обмена. Здесь происходит синтез жиров и углеводов. На мембранах гранулярной эндоплазматической сети находятся рибосомы, в которых происходит синтез белков. Мембраны эндоплазматической сети делят клетку на отсеки, изолирующие ферментные системы, что необходимо для их последовательного вступления в биохимические реакции. По каналам эндоплазматической сети происходит транспорт веществ, как синтезированных в клетке, так и поступивших извне.

Рибосомы представляют собой мелкие сферические органоиды, состоящие из двух неравных субъединиц и содержащие примерно равное количество белка и РНК. Рибосомы непосредственно участвуют в сборе белковых молекул. Они содержатся в клетках всех типов.

Комплекс (аппарат) Гольджи выявляется в животных клетках в виде сложной сети, расположенной вокруг ядра. Комплекс Гольджи состоит из элементарных мембран и напоминает стопку рулонов, наложенных друг на друга.. основные его функции: концентрация, обезвоживание и уплотнение синтезированных в клетке белков, жиров, полисахаридов, поступивших извне, и подготовка к выведению из клетки; образование лизосом и сборка сложных комплексов органических веществ.

Лизосомы – шаровидные тельца. Образование лизосом происходит в комплексе Гольджи. Если в цитоплазму клетки попадают пищевые вещевые вещества или микроорганизмы, ферменты лизосом принимают участие в их переваривании.

Клеточный центр (центросома) – органоид, расположенный вблизи ядра, состоящий из двух мелких гранул – центриолей, окруженных лучистой сферой. Функция центросомы состоит в образовании полюсов деления и растягивании дочерних хромосом с помощью веретена деления в анафазе мейоза и митоза.

Вакуоли образуются из расширенной эндоплазматической сети и пузырьков комплекса Гольджи. Вакуоли растений содержат клеточный сок и поддерживают тургорное давление. Вакуоли простейших можно разделить на две группы:

1. пищеварительные, в которые поступают гидролитические ферменты лизосом и в которых происходит внутриклеточное пищеварение;

2. сократительные, собирающие и выводящие за пределы клетки продукты диссимиляции и излишки воды и тем самым поддерживающие осмотическое давление клетки.

Пластиды – органоиды, содержащиеся только в растительных клетках. Они подразделяются на три группы – хлоропласты (зеленые), хромопласты (чаще желтые или оранжевые) и лейкопласты (бесцветные). Пластиды имеют сходное строение и при определенных условиях могут переходить их одного вида в другой. Так, при хранении картофеля и моркови на свету лейкопласты и хромопласты превращаются в хлоропласты (овощи зеленеют).

Хлоропласты по форме напоминают двояковыпуклую линзу и содержат зеленый пигмент хлорофилл. Имеются в листьях молодых побегах, незрелых плодах. Стенка хлоропласта образована двумя мембранами, под которыми находится бесструктурное содержимое – строма (протекает темновая фаза фотосинтеза). Строма пронизана системой мембран, являющихся продолжением внутренней мембраны. Их называют тилакоидами, в некоторых местах они плотно прилегают друг к другу, образуя стопки – граны (протекает световая фаза фотосинтеза). Основная функция хлоропластов – фотосинтез и синтез специфических белков.

Хромопласты – пластиды, содержащие растительные пигменты (кроме зеленого), придающие окраску плодам, цветкам, стеблям.

Лейкопласты – бесцветные пластиды, содержащиеся чаще в неокрашенных частях растений – стеблях, корнях. В них могут синтезироваться и накапливаться белки, жиры и полисахариды.

Включения – непостоянные компоненты цитоплазмы, содержание которых меняется в зависимости от функционального состояния клетки. Различают трофические, секреторные и экскреторные включения. Трофические включения представляют собой запасы питательных веществ. В растительных клетках это крахмальные и белковые зерна, в животных – гликоген в клетках печении мышцах. Секреторные включения являются продуктами жизнедеятельности клеток желез внешней и внутренней секреции. К ним относятся ферменты, гармоны, слизь и другие вещества, подлежащие выведению из клетки. Экскреторные включения представляют собой продукты обмена веществ в растительных и животных клетках.

Ядро является обязательным компонентом всех клеток. Исключения составляют некоторые высокоспециализированные, утратившие способность делиться и недолго живущие клетки, например эритроциты млекопитающих. Формы и размеры ядра зависят от формы и величины клетки и выполняемой ею функции.

По химическому составу ядро отличается от остальных компонентов клетки высоким содержанием ДНК.

Ядро выполняет две главные функции: хранение и воспроизведение наследственной информации и регуляцию процессов обмена веществ, протекающих в клетке.

Основная функция хромосом состоит в хранении, воспроизведении и передаче генетической информации в клетке.

Ядрышки обычно имеют шаровидную форму, не окружены мембраной. Ядрышки – непостоянные образования, они исчезают в начале деления клетки и восстанавливаются после его окончания.

Таким образом, клетки подавляющего большинства живых организмов имеют оформленное, сложно устроенное ядро, цитоплазму с обязательными органоидами и оболочку. Такие клетки называются эукариотическими. Они характерны для грибов, растений и животных.

Помимо эукариотических встречаются и более древние и примитивно устроенные клетки – прокариотические. К прокариотам относятся бактерии и цианеи.

Помимо клеточных форм живого имеются и неклеточные формы, которые представлены вирусами и бактериофагами (вирусами, паразитирующими на бактериях). Вирусы представляют собой автономные генетические структуры, способные развиваться только внутри клеток и являющиеся паразитами на молекулярном уровне. В настоящее время описано около 3000 вирусов, поражающих клетки бактерий, растений, животных и человека. Они являются возбудителями ряда опасных заболеваний: гриппа, гепатита, кори, бешенства и т.д.

Бактериофаги иногда используются для лечения инфекционных заболеваний, вызываемых бактериями. Бактериофаги играют отрицательную роль в микробиологической промышленности, подавляя развитие полезных микроорганизмов. Вирусы служат удобным объектом при расшифровке генетического кода и широко используются в работах по генной инженерии.

Дата добавления: 2013-12-12