лекция_клетка. Клеточные структуры и их функции
 Скачать 280 Kb.
|
|
КЛЕТОЧНЫЕ СТРУКТУРЫ И ИХ ФУНКЦИИ Большинство организмов состоят из одной или многих микроскопических структурных единиц – клеток. Бактерии, простейшие, некоторые водоросли и грибы представляют собой отдельные клетки или колонии из нескольких десятков клеток. Грибы, высшие растения и животные состоят из многих миллионов и даже миллиардов клеток. Все клетки, за исключением бактериальных, построены по общему плану. Они имею ядро и разделены на многочисленные отсеки мембранными перегородками. Такие клетки называются эукариотическими, а организмы – эукариотами. Бактериальная клетка не имеет ядра и внутри устроена проще, чем эукариотическая. Такие клетки называются прокариотическими, а организмы – прокариотами. Особенности строения прокариотической и эукариотической клетки
Клеточная мембрана С помощью светового микроскопа можно видеть только довольно толстую оболочку растительных клеток, простейших, но не удается обнаружить оболочку у большинства клеток многоклеточных животных. Электронный микроскоп позволяет увидеть, что любая клетка растений и животных, бактерий и простейших имеет очень тонкий внешний покров, которые называется наружной мембраной клетки, которая отграничивает цитоплазму от внешней среды. Плазматическая мембрана – плотная ультрамикроскопическая пленка (толщиной 7-10 нм), состоящая из нескольких слое.
представленные цепями жирных кислот. В их головках содержатся остатки фосфорной кислоты. В двойном слое хвостик липидов обращены друг к другу, а полярные головки остаются снаружи, образуя гидрофильные поверхности. С заряженными головками за счет электростатического взаимодействия связываются периферические мембранные белки. Другие белковые молекулы могут быть погружены в слой липидов за счет взаимодействия с их неполярными хвостиками – интегральные белки, а часть пронизывать мембрану насквозь – трансмембранные белки. Наружная мембрана пронизана многочисленными мельчайшими отверстиями –порами, диаметр которых составляет 8-10 ангстрем. Функции мембраны. Внутренняя среда клетки отличается от внешней окружающей среды по вязкости, химическому составу, содержанию ионов и многим других физическим и химическим факторам. Наружная мембрана отграничивает внутреннюю среду от внешней и поддерживает эти различия на протяжении всей жизни клетки. Через поры внутри клетки проникают ионы, воды и мелкие молекулы других веществ. Наружная мембрана регулирует проникновение ионов и молекул в клетку и выход их из нее во внешнюю среду. Такой обмен между клетками и средой происходит постоянно. Некоторые вещества, поступающие в клетку, имеют довольно большие размеры и не могут попасть внутри через поры. Поэтому их проникновение в клетку осуществляется путем фагоцитоза – захват и поглощение клеткой крупных частиц (иногда даже целых клеток и их частей). Через наружную мембрану в клетку проникают и капли жидкости, содержащиеся в растворенном и взвешенном состоянии различные вещества – пиноцитоз. Через мембрану из клетки выводятся ионы, разнообразные продукты обмена, а также вещества, синтезированные в клетке. К их числу относят так называемые секреты, которые вырабатываются в клетках различных желез (пищеварительный сок, слюна) и выводятся из клеток в виде мелких капель. Через мембрану выводятся и других продукты жизнедеятельности. Регулирует водный баланс клетки. Клетки, образующие разнообразные ткани многоклеточных организмов (эпителиальная, мышечная), прочно соединяются друг с другом за счет наружной мембраны. В местах соединения двух клеток мембрана каждой из них образует складки или выросты, которые придают соединениям особую прочность. У растительных клеток оболочка состоит из клетчатки, пектина, или хитина, и располагается над наружной мембраной, образуется за счет ее активной деятельности и представляет собой прочный внешний покров растительных клеток. Цитоплазма Цитоплазма – внутренняя полужидкая среда клетки, отграниченная от внешней среды наружной мембраной и содержащая ядро, все органоиды, включения и вакуоли. В цитоплазме содержится большое количество воды с растворенными в ней солями и разнообразные органические вещества, среди которых преобладают белки. Цитоплазма заполняет промежутки меду органоидами. С помощью светового микроскопа в ней не возможно разглядеть каких-либо структурных элементов и поэтому она кажется однородной. В электронный микроскоп можно увидеть, что цитоплазма имеет мелкозернистое строение, и многочисленные очень тонкие нити. Функции. Цитоплазма объединяет в одно целое ядро и органоиды, обеспечивает их взаимодействие. МЕМБРАННЫЕ ОРГАНОИДЫ Эндоплазматическая сеть (ретикулум)
собой и образуют ветвистую сеть, которая пронизывает всю цитоплазму клетки и контактирует со всеми клеточными органеллами. Полости и каналы отграничены от цитоплазмы мембраной. ЭПС служит местом прикрепления выходящих из ядра рибосом. ЭПС бывает двух типов:
Существует непрерывность между гладкой и шероховатой ЭПС, при этом гладкая ЭПС вторичная и происходит из шероховатой. Функции ЭПС. ЭПС – структурно-функциональная система, осуществляющая обмен и перемещение веществ внутри клетки. Основная функция шероховатой ЭПС – синтез белка, гладкая – синтез и расщепление липидов и углеводов. Аппарат (комплекс) Гольджи Этот органоид клетки назван так по имени итальянского ученого Камилло Гольджи, который впервые увидел его в цитоплазме нервных клеток (1898) и обозначил как сетчатый аппарат. Сейчас аппарат Гольджи обнаружен во всех клетках растительных и животных организмов, кроме эритроцитов млекопитающих. Форма и размеры его различны.
ограниченные мембранами и расположенные группами по 5-8; (2) сложная система трубочек, отходящих от полостей; (3) крупные и мелкие пузырьки, распоженные на концах трубочек. АГ – система уплощенных цистерн, уложенных в стопку, в которых происходит сортировка и упаковка поступающих из ЭПС макромолекул. Функции АГ. Вещества, необходимые клетке для внутреннего потребления, накапливаются в мелких мембранных пузырьках, отпочковывающихся от полостей АГ, и разносятся по цитоплазме. Вещества, произведенные клеткой «на экспорт», получают в АГ «удостоверение» в виде присоединяющихся полисахаридов и в таком виде выводятся из клетки. АГ участвует в образовании лизосом – самых мелких мембранных органелл клетки, представляющих собой пузырьки диаметром 0,5 мкм, содержащих гидролитические ферменты, способные расщеплять белки, углеводы, жиры и НК. Ферменты лизосом участвуют в расщеплении «старых» частей клетки, целых клеток и отдельных органов. Например, при развитии лягушки хвост головастиков «растворяется» благодаря действию лизосом. В мембранах лизосом есть системы, предохраняющие их от самопререаривания. Вакуоли Вакуоли – мембранные органеллы, которые являются резервуарами воды и растворенных в ней соединений. В некоторых зрелых растительных и грибных клетках на долю вакуолей приходится до 90% объема. Животные клетки имеют временные вакуоли, занимающие не более 5% их объема. Функции вакуолей. Вакуоли являются поставщиками молекул воды, необходимых для поддержания тургора и процесса фотосинтеза. Митохондрии Впервые митохондрии были обнаружены в мышцах насекомых в 1850 году и названы «саркосомами» и лишь в 1898 году Бенда назвал их митохондриями (от греческого «митос» - нить, «хондрос» - зернышко, крупинка). Митохондрии встречаются в цитоплазме большинства клеток животных и растений и представляют собой мелкие тельца размером от 0,2 до 7 мкм, разнообразные по форме – округлые, овальные, палочковидные, нитевидные. Количество митохондрий в различных клетках неодинаково и может быть по 1-2 в очень мелких клетках некоторых простейших и до нескольких десятков и сотен тысяч. Например, в одной клетке печени млекопитающих содержится около 2500 митохондрий. Митохондрии могут легко менять форму и размеры, а также перемещаться в цитоплазме.
митохондрий они располагаются в поперечном направлении и некоторые из них ветвятся. Число крист в различных клетках неодинаково. Внутренняя полость митохондрий заполнена полужидким гомогенным веществом – матриксом, в котором расположены митохондриальные рибосомы, на которых синтезируются митохондриальные белки, и НК. Функции митохондрий. На поверхности наружной и внутренней мембран митохондрий, особенно на поверхности крист, а также во внутренней полости располагается большое количество разнообразных ферментов, с которыми связана деятельность этих органоидов. К числу ферментов относятся, прежде всего, те, с помощью которого осуществляется дыхание клеток, а дыхание – одна из важнейших функций митохондрий, т.к. именно дыхание поставляет энергию, необходимую для синтеза важнейшего в деятельности клетки вещества – АТФ. АТФ синтезируется в митохондриях клеток всех организмов и представляет собой универсальный источник энергии, необходимой для осуществления процессов жизнедеятельности клетки и целого организма. Синтез АТФ представляет собой основную функцию митохондрий, благодаря которой их называют главными станциями клетки. Синтезированная в митохондриях АТФ свободно выходит в цитоплазму и дальше направляется к ядру и органоидам клетки, где используется заключенная в ней энергия. Кроме АТФ в митохондриях происходит синтез небольшого количества белков, которые входят в состав этих органоидов. В митохондриях синтезируется небольшое количество ДНК и РНК, которые в них же и содержатся. Новые митохондрии образуются путем деления старых, уже имеющихся в клетке митохондрий. Пластиды Впервые пластиды были описаны Левенгуком в 1676 году. Пластиды встречаются в цитоплазме всех растений, за исключением грибов и некоторых водорослей. Эти органоиды свойственны растительным клеткам, в клетках животных они отсутствуют. Различают три основных вида пластид: хлоро-, хромо- и лейкопласты. Хлоропласты – наиболее широко распространенные пластиды, которым принадлежит особо важная роль в живой природе.
Между складками можно видеть пузырьки – тилакоиды, уложенные в стопку – грану. В каждом хлоропласте около 50 гран, расположенных в шахматном порядке. Такое расположение обеспечивает максимальную освещенность каждой граны. В мембраны, формирующие тилакоиды, встроены пигменты, улавливающие свет, и ферменты, синтезирующие АТФ. В матриксе (внутренней среде) находятся ферменты, синтезирующие органические соединения с использованием АТФ. Как и митохондрии хлоропласты содержат собственную ДНК и рибосомы. Они способны к автономному размножению, не зависящему от деления клетки. НЕМЕМБРАННЫЕ ОРГАНОИДЫ Рибосомы Рибосомы были открыты с помощью электронного микроскопа и обнаружены в клетках всех организмов, начиная от бактерий и заканчивая млекопитающими. Рибосомы – неменбранные органоиды клетки, представляющие собой тельца или гранулы округлой формы, диаметром около 150-200 ангстрем. Каждая рибосома состоит из большой и малой субъединиц. Они называются 50-S и 30-S-субъединицами (S – коэффициент седиментации). Коэффициент седиментации бактериальной рибосомы равен 70-S (нельзя механически складывать 50-S и 30-S, т.к. конфирмации ассоциированной рибосомы отличается от конфирмации ассоциированной субъединицы). В цитоплазме эукариотических клеток находятся 80-S=60-S+40-S, каждая их которых содержит большое количество белков, отличающихся от белкового набора бактериальной хромосомы. Большая субъединица катализирует образование пептидной связи, а малая – удерживает и-РНК и т-РНК Функции рибосом – синтез белка. На рибосомах синтезируются все белки, которые сдержатся в клетке, а следовательно и в организме. На рибосомах происходит сборка белковых молекул из АК, имеющихся в цитоплазме каждой клетки. Синтез белка – сложный процесс, осуществляющийся не одной рибосомой, а целой группой, включающей до нескольких десятков рибосом. Клеточный центр В клетках животных и некоторых растений вблизи ядра находится органоид, который называют клеточным центром. Основную часть клеточного центра составляют два маленьких тельца – центриоли, расположенные в небольшом участке уплотненной цитоплазмы. Центриоли имеют форму цилиндра, стенки которого состоят из мельчайших продольных трубочек. В середине цилиндра находится полость, заполненная однородным веществом. В клетке имеются две центриоли расположенные перпендикулярно друг другу. Перед делением клетки возле каждой центриоли образуется дочерняя центриоль. От центриолей, расходящихся к полюсам клетки, протягиваются микротрубочки, образующие веретено деления, которое обеспечивает распределение хромосом между дочерними клетками. Функции клеточного центра. Клеточный центр играет большую роль в организации цитоскелета: многочисленные цитоплазматические микротрубочки расходятся во все стороны именно из этой области. Они определяют геометрию клетки, действуя как своего рода рельсы, ориентирующие перемещение различных органелл. ЯДРО
мозге, в мышцах и соединительной ткани позвоночных животных. Размеры и форма ядра зависит от размера и формы клетки. Ядро может занимать 10, реже 50%, от объема клетки. В структуре ядра различают:
Ядерная оболочка – обязательная структура ядра клеток всех организмов за исключением бактерий и сине-зеленых водорослей. У этих организмов ядро не отделено от цитоплазмы и ДНК располагается прямо в цитоплазме, занимая центральную ее часть.
Функции ядра. Организация внутриклеточного пространства в период интерфазы, передача наследственной информации от материнской особи к дочерней. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
