|
Клетка. 1. Клетка - элементарная живая система, клеточная теория. Клетка структурная и функциональная единица жизни
ЦИТОПЛАЗМА — это внутреннее живое содержимое клетки, состоит из гиалоплазмы и расположенных в ней клеточных структур (органоидов и включений0. Содержится между плазматической мембраной и ядром.
Гиалоплазма состоит из двух фаз – жидкой и твёрдой.
Жидкая фаза — это прозрачный раствор органических и неорганических соединений в воде.
Твёрдая фаза – это система тонких белковых нитей, пересекающихся в разных направлениях.
Гиалоплазма объединяет все клеточные структуры и обеспечивает их взаимодействие. В ней происходит транспорт веществ, протекают реакции обмена веществ. Гиалоплазме свойственно постоянное движение. Она бывает в двух состояниях: золя (жидком) и геля (вязком). Вместе с тем отдельные ее участки могут находиться в разных состояниях. Переход от состояния геля к состоянию золя и наоборот обусловлен концентрацией ионов кальция, АТФ и частичной денатурацией или ренатурацией белка актина. Чем гуще гиалоплазма, тем медленнее химическая реакция. Движение животных клеток с помощью псевдоподий основано на переходе из состояния золя в состояние геля.
В жидкой фазе содержатся органические и неорганические вещества.
Неорганические вещества – вода (составляет от 50 до 90 %.).Также содержится значительное количество катионов металлов, из которых важнейшими являются Са2+, К+, анионы угольной и фосфорной кислот, растворенный кислород и прочие газы.
Органические соединения преобладают гидрофильные белки, полипептиды, свободные аминокислоты, полисахариды, липиды, разные типы РНК, отдельные нуклеотиды, углеводы, множество промежуточных продуктов, возникающих при синтезе и распаде макромолекул.
Концентрация ионов водорода (рН) в гиалоплазме может изменяться в зависимости от функционального состояния клетки.
Цитоплазма в клетках некоторых животных может делиться на экто- и эндоплазму.
Эктоплазма (от греч. эктос — внешний) — это плотный прозрачный слой цитоплазмы, не имеет большинства органелл и включений. Расположен он под плазматической мембраной, содержит микронити.
Эндоплазма (от греч. эндон — внутри) — это внутренний слой цитоплазмы, содержит органедлы и включения. Менее густой, чем эктоплазма.
В жидкой фазе содержится система тонких (
2 нм толщиной) белковых нитей — микротрабекул, микротрубочек и микрофиламентов, пересекающих цитоплазму в различных направлениях.
Микротрабекулярная система связывает все внутриклеточные структуры. В местах пересечения или соединения концов микротрабекул располагаются группы рибосом. Микротрабекулы могут легко распадаться на отдельные молекулы, которые переходят в раствор и изменяют физические свойства цитоплазмы (её вязкость и текучесть). С распадом и сборкой микротрабекул связывают также движение цитоплазмы, которое имеет важное значение в перемещении веществ и органоидов клетки.
С микротрабекулярной системой связаны нитевидные белковые комплексы — микротрубочки и микрофиламенты.
Микротрубочки – тонкие трубки диаметром приблизительно 30 нм, состоящие из белка тубулина, уложенного спирально. Они вместе с микротрабекулами выполняют опорную функцию. Микротрубочки образуют веретено деления, осуществляют внутриклеточный транспорт (лизосомы движутся по клетке упорядоченно с помощью микротрубочек).
Микрофиламенты – очень тонкие белковые нити (диаметр 5нм), состоящие из белка актина. Микрофиламенты участвуют в эндоцитозе, в образовании перетяжки при делении клетки, в образовании ложноножек. Взаимодействие актина и миозина лежит в основе сокращения мышц.
Микротрубочки, микрофиламенты и микротрабекулярная система образуют внутриклеточный цитоплазматический скелет (цитоскелет), который упорядочивает размещение всех структурных компонентов клетки .
Клеточные структуры цитоплазмы. Это органеллы и включения.
Органеллы — это постоянные клеточные структуры, которые выполняют определенные функции. Они обеспечивают процессы жизнедеятельности клетки (пищеварение, движение, синтез органических соединений, их транспорт и т. п.).
Клеточные структуры цитоплазмы можно разделить на мембранные и немембранные. К мембранным относятся: двухмембранные — ядро, митохондрии, пластиды; одномембранные — эндоплазматическая сеть, (ЭПС), аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли. Немембранные структуры — это органоиды движения, клеточный центр, рибосомы, включения.
Включения — это непостоянные запасные соединения или продукты обмена веществ, которые не выполняют определенных функций в клетке.
Функции гиалоплазмы:
Является внутренней средой клетки, в которой происходят многие химические процессы.
Объединяет все клеточные структуры и обеспечивает химическое взаимодействие между ними.
Определяет местоположение органелл в клетке.
Обеспечивает внутриклеточный транспорт веществ и перемещение органелл (например, движение хлоропластов в растительных клетках).
ОДНОМЕМБРАННЫЕ ОРГАНЕЛЛЫ.
Эндоплазматическая сеть (эндоплазматический ретикулум, ЭПС, ЭПР). Состоит из разветвлённой системы микровакуолей, канальцев и цистерн, которые соединяются между собой и пронизывают всю клетку и соединены с мембранами. Компоненты ЭПС полярны: выходят с одного конца, распадаются с другого. Объём ЭПС составляет 30-50 % всей клетки.
Известно два вида ЭПС. Если на поверхности есть рибосомы, она называется гранулярной (шероховатой), если нет — агранулярной (гладкой). Могут переходить одна в другую. Гладкая эндоплазматическая сеть является производной шероховатой.
Функции ЭПС:
− синтез и транспорт по разным частям клетки, к комплексу Гольджи веществ (у гранулярной - белков, принимает участие в синтезе гликопротеидов, фосфолипидов; в агранулярной — углеводов, липидов, стероидных гормонов),
− формирование ядерной оболочки в период между делениями клетки.
− в полостях гладкой ЭПС накапливаются продукты, среди них — токсичные (в клетках печени), токсичные продукты с помощью ферментов обезвреживаются и выводятся.
− может происходить обмен некоторых полисахаридов (гликогена).
− является депо ионов кальция в мышечных клетках, необходимых для мышечных сокращений.
− разделяет клетку на отсеки (пространственное разделение ферментных систем, что необходимо для их последовательного вступления в биохимические реакции).
Комплекс Гольджи.
Впервые был обнаружен в 1898 годув нейронах Камилло Гольджи. Подробно был изучен лишь с изобретением электронного микроскопа. Есть во всех эукариотических клетках. Состоит из тела и пузырьков Гольджи. Основной структурой тела является стопка (от 5 до 20 и больше) уплощенных цистерн (мешочков) из однослойной мембраны. Цистерны полярны: к одному полюсу постоянно поступают пузырьки от ЭПС, с другого полюса — отделяются пузырьки. В растительных клетках цистерны отсутствуют и комплекс называется диктиосомой.
Функции комплекса Гольджи:
− накопление веществ, синтезированных ЭПС и их химическое преобразование (ферменты переводятся в активное состояние).
− участвует в синтезе желтка яйцеклеток и синтезе полисахаридов.
− секреторная функция - образование мембранных пузырьков (лизосом, микротелец, вакуолей и т. п.), транспорт соединений к другим участкам клетки или вывод их (секреция) за его границы (так выделяется соляная кислота желудка, молоко молочными железами, адреналин надпочечниками).
− принимает участие в построении плазматической мембраны и других клеточных мембран.
− вещества, которые попадают в комплекс Гольджи, сортируются по химическому составу и назначению. К таким молекулам временно прикрепляются соединения — маркеры. Именно они и сигнализируют о назначении этих веществ. Отсортированные молекулы поступают в следующую цистерну комплекса, где дозревают, а потом поступают в следующую цистерну и отделяются. Транспортируются пузырьки с участием микротрубочек.
Комплекс Гольджи во время деления клетки распадается на отдельные структурные единицы, которые случайно распределяются между дочерними клетками.
Лизосомы(от греч. лизис — растворение).
Это одномембранные пузырьки, внутри которых находятся гидролитические ферменты, синтезированные на мембранах шероховатой эндоплазматической сети. Имеют диаметр 100-800 нм. Гидролитические ферменты способны расщеплять органические соединения (белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты). В клетке содержатся разные типы лизосом, которые отличаются по функциям.
При участии комплекса Гольджи формируются первичные лизосомы. Они сливаются с пиноцитозными или фагоцитозными пузырьками и образуют вторичные лизосомы (образуют вакуоли). Ферменты первичных лизосом активируются. Содержимое пищеварительных вакуолей переваривается. Нерасщепленные полностью соединения или микроорганизмы превращаются в остаточные тельца, которые или выводятся из клетки, или остаются в ней. В растительных клетках роль лизосом может выполнять крупная центральная вакуоль.
Лизосомы, принимающие участие в переваривании отдельных компонентов клеток, целых клеток, называются аутолизосомами. С их помощью уничтожаются поврежденные, дефектные органеллы, мертвые клетки, исчезает хвост у головастиков, хрящи при образовании костей, происходит преобразование личинки в куколку у насекомых и т. п.
Функции лизосом:активация пищеварительных вакуолей, переваривание (лизис) веществ, частиц, старых органелл (автофагия), автолиз – саморазрушение клетки при нарушении целостности лизосом. и т. п.
Вакуоли(от лат. ьасииз — полый).
Это одномембранные заполненные жидкостью полости в цитоплазме. Существуют разные типы вакуолей в клетках эукариот.
В растительных клетках содержатся особые вакуоли, которые сливаются и образуют одну большую центральную вакуоль, которая смещает содержимое клетки к стенке. Заполнены они клеточным соком — водным раствором органических и неорганических соединений. Могут содержаться пигменты. Оболочка этих вакуолей называется тонопластом.Возникают вакуоли из пузырьков, отделяющихся от эндоплазматической сети.
Функции:поддержка тургора в клетке, которая оказывает содействие сохранению постоянной формы клетки, частичное переваривание, накопление запасных питательных веществ, токсичных продуктов метаболизма.
Вакуоли животных клеток более мелкие, бывают двух видов: сократительныеи пищеварительные.Сократительные характерны в основном для пресноводных одноклеточных животных и водорослей. Они выводят излишки воды с продуктами метаболизма наружу. Образуются в комплексе Гольджи. Самое сложное строение сократительных вакуолей имеют инфузории.
Пищеварительные образуются временно для переваривания веществ и разных частиц, когда пиноцитозные и фагоцитозные пузырьки сливаются с лизосомами.
ДВУХМЕМБРАННЫЕ СТРУКТУРЫ.
Ядро.
Является непременным компонентом почти для каждой клетки эукариот (за исключением эритроцитов, тромбоцитов млекопитающих, ситовидных трубок растений). Клетки, как правило, имеют одно ядро, но встречаются двухядерные (инфузории) и многоядерные (гепатоциты, мышечные клетки и т. п.).
Ядра бывают разной формы и размеров.
Обычная форма ядра — шарообразная, реже — другая (звездчатая, неправильная и т. п.). Размеры колеблются от 1 мкм до 1 см.
Некоторые одноклеточные (инфузории и т. п.) имеют два ядра: вегетативное и генеративное. Генеративное обеспечивает передачу генетической информации, вегетативное — регулирует синтез белков.
● Оболочка образована двумя мембранами (внешней и внутренней) с ядерными порами; внутри — ядерный матрикс, состоящий из ядерного сока (кариоплазмы, нуклеоплазмы), ядрышек (одного или нескольких), рибонуклеопротеидных комплексов и нитей хроматина. Между двумя мембранами есть перинуклеарное пространство (от 20 до 60 нм). Внешняя мембрана ядра переходит непосредственно в каналы ЭПС и может быть гладкая и шероховатая.
● Кариоплазма(от греч. карион — ядро ореха) — это внутреннее содержимое ядра в виде гелеобразной массы. По строению напоминает цитоплазму. Содержит белковые фибриллы, образующие внутренний скелет ядра, хроматин и ядрышко. В ней содержится вода, ионы, белки-ферменты, белки-гистоны, аминокислоты, нуклеотиды, все виды РНК.
● Ядрышко.
Тельце округлой формы сильно преломляющее свет, не отграниченное мембранами. Диаметром 1-2 мкм. Состоит из комплекса РНК с белками (рибонуклеопротеидных фибрилл), внутреннеядрышкового хроматина и из предшественников субъединиц рибосом (гранул). Образуются на вторичных перетяжках хромосом — ядрышковых организаторах. Форма, размеры и количество ядрышек зависят от функционального состояния ядра. Во время деления ядра ядрышки разрушаются, в конце деления они вновь образуются вокруг определённых участков хромосом.
Функция ядрышек – синтез рибосом.
● Хроматин — хромосомы в период между делениями клетки. Имеют вид одиночных нитей (эухроматин), гранул (гетерохроматин) и интенсивно окрашиваются некоторыми красителями. Состоят из ДНК и белков-гистонов.
● Хромосомы(от греч. хрома — цвет, сома — тело). — плотно упакованные нити хроматина, которые появляются во время подготовки ядра к делению.
Были открыты с помощью светового микроскопа в конце XIX века.
В химический состав хромосом входят двухцепочечная ДНК, связанная с ядерными белками (образует нуклеопротеиды), РНК и ферменты. Ядерные белки, обернутые нитью ДНК, образуют нуклеосомы. По 8-10 нуклеосом соединяются в глобулы. Между ними содержатся участки ДНК. Таким образом компактно размещены в хромосоме молекулы ДНК. В развернутом виде молекулы ДНК очень длинные.
Состоят хромосомы из двух хроматид,соединенных первичной перетяжкой, которая разделяет их на плечи.Хромосомы могут быть равноплечими, разноплечими, одноплечими. В участке первичной перетяжки содержится пластинчатое образование в виде диска — центромера,к которому во время деления прикрепляются нити веретена деления. Могут иметь вторичную перетяжку (ядрышковый организатор) и спутник.
Каждая хромосома в наборе имеет себе подобную по строению и набору генов — гомологичную. Хромосомы разных пар будут по отношению одна к другой негомологичными. Хромосомы, которые не определяют пола, называются аутосомами.Хромосомы, определяющие пол, называются гетерохромосомами.
Клетки бывают неполовые — соматическиеи половые, или генеративные – гаметы. Количество хромосом в ядре может быть разным у разных видов организмов. Во всех соматических клетках организмов одного вида количество хромосом обычно одинаково. Для соматических характерен двойной набор хромосом — диплоидный (2п), для гамет — гаплоидный (п). Число хромосом может превышать двойной набор. Такой набор называется полиплоидным(триплоидный (Зп), тетраплоидный (4п) и т. п.
Кариотип— это определенный набор хромосом в клетке, характерный для каждого вида растений, животных, грибов. Количество хромосом в кариотипе всегда четное. Количество хромосом не зависит от уровня организации организма, не всегда свидетельствует о филогенетическом родстве (у человека — 46 хромосом, у собаки — 78, у таракана — 48, у шимпанзе — 48).
Функции ядра:сохранение и передача генетической информации, организация и регуляция процессов обмена веществ (например, синтез белка).
Митохондрии(от греч. митос — нить, хондрион — зернышко) — двухмембранные органеллы эукариотичексих Они могут иметь самую разнообразную форму: бобообразную, форму палочек, нитей, овальную, цилиндрическую, разветвленную, спиральную. Количество разное (от 1 до 100 тыс. и более). В клетках растений — меньше, поскольку их функцию (образование АТФ) частично выполняют хлоропласты. Число в клетке непостоянно. Их больше там, где интенсивнее синтетические процессы и затраты энергии.
Внешняя мембрана — гладкая, внутренняя — складчатая, в виде плоских гребней. Складки увеличивают внутреннюю поверхность, они называются кристами.Между внешней и внутренней мембранами есть щель (10-20 нм шириной). На поверхности внутренней мембраны расположен комплекс ферментов, ответственный за синтез АТФ.
Внутренняя среда — матрикс. В нем находятся кольцевая молекула ДНК, рибосомы, и-РНК, включения. Являются полуавтономными структурами — могут размножаться путем деления.
Функции АТФ:энергетические «станции» клетки — образуют энергетически богатые вещества — АТФ, обеспечивают клеточное дыхание.
Пластиды — двухмембранные органеллы фотосинтезирующих организмов (преимущественно растений). Имеют разную форму, окраску.
|
|
|
Скачать 70.16 Kb.