СТРОЕНИЕ КЛЕТОК - Клетки, строение; митоз и мейоз - Жизнь и жизнедеятельность

Для того чтобы поддерживать в себе необходимую концентрацию веществ, клетка должна быть физически отделена от своего окружения. Вместе с тем, жизнедеятельность организма предполагает интенсивный обмен веществ между соседними клетками или окружающей средой. Роль барьера выполняет плазматическая мембрана.

Клеточная мембрана — это оболочка клетки, выполняющая следующие функции:

• разделение содержимого клетки и внешней среды;

• регуляция обмена веществ между клеткой и средой;

• место протекания некоторых биохимических реакций (в том числе фотосинтеза, окислительного фосфорилирования);

• объединение клеток в ткани.

Клеточные оболочки делятся на плазматические (клеточные мембраны) и наружные. Важнейшее свойство плазматической мембраны — полупроницаемость, то есть способность пропускать только определённые вещества. Через неё медленно диффундируют глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты и ионы, причём сами мембраны могут активно регулировать процесс диффузии.

Плазматические мембраны — это липопротеиновые структуры. Липиды спонтанно образуют бислой, а мембранные белки “плавают” в нём, словно острова в океане. В мембранах присутствуют несколько тысяч различных белков: структурные, переносчики, ферменты и другие. Между белковыми молекулами имеются поры, сквозь которые могут проходить гидрофильные вещества — непосредственному их проникновению в клетку мешает липидный бислой. К некоторым молекулам на поверхности мембраны подсоединены гликозильные группы, которые участвуют в процессе распознавания клеток при образовании тканей.

Разные типы мембран отличаются по своей толщине, обычно она составляет от 5 до 10 нм. По консистенции липидный бислой напоминает растительное масло. В зависимости от внешних условий (регулятором является холестерол) структура бислоя может изменяться так, что он становится более жидким (от этого зависит активность мембран).

Важной проблемой является транспорт веществ через плазматические мембраны. Он необходим для доставки питательных веществ в клетку, вывода токсичных отходов, создания градиентов для поддержания нервной и мышечной активности. Существуют следующие механизмы транспорта веществ через мембрану:

1). Не требующие затрат энергии:

а). Диффузия — газы, жирорастворимые молекулы проникают прямо через плазматическую мембрану. При облегчённой диффузии растворимое в воде вещество проходит через мембрану по особому каналу, создаваемому какой-либо специфической белковой молекулой.

б). Осмос — диффузия воды через полунепроницаемые мембраны.

2). Происходящие с затратой энергии жизнедеятельности:

а). Активный транспорт — перенос молекул из области с меньшей концентрацией в область с большей, например, посредством специальных транспортных белков, что требует затраты энергии АТФ.

б). При эндоцитозе мембрана образует впячивания, которые затем трансформируются в пузырьки или вакуоли. Различают: фагоцитоз — поглощение твёрдых частиц (например, лейкоцитами крови), и пиноцитоз — поглощение жидкостей.

в). Экзоцитоз — процесс, обратный эндоцитозу; из клеток выводятся непереварившиеся остатки твёрдых частиц и жидкий секрет.

Над плазматической мембраной клетки могут располагаться надмембранные структуры. Их строение является влажным классификационным признаком. У животных это гликокаликс (белково-углеводный комплекс), у растений, грибов и бактерий — клеточная стенка. В состав клеточной стенки растений входит целлюлоза, грибов — хитин, бактерий — белковополисахаридный комплекс муреин.

Ядро имеется в клетках всех эукариот за исключением эритроцитов млекопитающих. У некоторых простейших имеются два ядра, но, как правило, клетка содержит только одно ядро. Ядро обычно принимает форму шара или яйца; по размерам (10-20 мкм) оно является самой крупной из органелл.

Ядро отграничено от цитоплазмы ядерной оболочкой, которая состоит из двух мембран: наружной и внутренней, имеющих такое же строение, как и плазматическая мембрана. Между ними находится узкое пространство, заполненное полужидким веществом. Через множество пор в ядерной оболочке осуществляется обмен веществ между ядром и цитоплазмой (в частности, выход и-РНК в цитоплазму). Внешняя мембрана ядра часто бывает усеяна рибосомами, синтезирующими белок.

Под ядерной оболочкой находится кариоплазма (ядерный сок), в которую поступают вещества из цитоплазмы. Кариоплазма содержит хроматин — вещество, несущее ДНК, и ядрышки. Ядрышко — это округлая структура внутри ядра, в которой происходит формирование рибосом.

Совокупность хромосом (информационных макромолекул), содержащихся в хроматине, называют хромосомным набором. Число хромосом в соматических клетках диплоидное (2n), а в половых - гаплоидное (n).

Важнейшей функцией ядра является сохранение генетической информации. При делении клетки ядро также делится надвое, а находящаяся в нём ДНК копируется (реплицируется). Благодаря этому у всех дочерних клеток также имеются ядра.

Цитоплазма представляет собой водянистое вещество (цитозоль) на 90 % состоящее из воды, в котором располагаются различные органеллы, а также питательные вещества в виде истинных и коллоидных растворов и нерастворимые отходы метаболических процессов. В цитозоле протекает гликолиз, синтез жирных кислот, нуклеотидов и других веществ. Цитоплазма является динамической структурой. Органеллы движутся, а иногда заметен и циклоз — активное движение, в которое вовлекается вся протоплазма.

Перечислим основные органеллы, характерные и для клеток животных, и для клеток растений:

1). Митохондрии, которые иногда называют “клеточными электростанциями”. Это спиральные, округлые, вытянутые или разветвлённые органеллы, их длина изменяется в пределах 1,5-10 мкм, а ширина — 0,25-1 мкм. Митохондрии могут изменять свою форму и перемещаться в те области клетки, где потребность в них наиболее высока. В клетке содержится до тысячи митохондрий, причём это количество сильно зависит от активности клетки. Каждая митохондрия окружена двумя мембранами, внутри которых содержатся РНК, белки и митохондриальная ДНК, участвующая в синтезе митохондрий наряду с ядерной ДНК. Внутренняя мембрана сложена в складки, называемые кристами.

Возможно, митохондрии некогда были свободнодвижущимися бактериями, которые, случайно проникнув в клетку и вступили с ней в симбиоз.

Важнейшей функцией митохондрий является синтез АТФ, происходящий за счёт окисления органических веществ.

2). Эндоплазматическая сеть — это сеть мембран, пронизывающих цитоплазму эукариотических клеток. Её можно наблюдать только при помощи электронного микроскопа. Эндоплазматическая сеть связывает органеллы между собой, по ней происходит транспорт питательных веществ.

Различают два вида ЭПС: гладкую и гранулярную. Гладкая ЭПС имеет вид трубочек, стенки которых представляют собой мембраны, сходные по своей структуре с плазматической мембраной. В ней осуществляется синтез липидов и углеводов. Мембраны, на которых расположено множество рибосом, называют гранулярной ЭПС. Главная её функция - синтез белков.

3). Рибосомы — мелкие, всего 15-20 нм в диаметре органеллы, состоящие из р-РНК и полипептидов. Важнейшая функция рибосом — синтез белка. Их количество в клетке весьма велико: тысячи и десятки тысяч. Рибосомы могут быть связаны с эндоплазматической сетью

или находиться в свободном состоянии. В процессе синтеза обычно одновременно участвуют множество рибосом, объединённых в цепи? называемые полирибосомами.

4). Аппарат Гольджи представляет собой стопку мембранных мешочков (цистерн) и связанную с ними систему пузырьков. На наружной, вогнутой стороне стопки из пузырьков, отпочковывающихся от гладкой ЭПС, постоянно образуются новые цистерны, а на внутренней стороне цистерны вновь превращаются в пузырьки.

Основной функцией аппарата Гольджи является транспорт веществ в цитоплазму и внеклеточную среду, а также синтез жиров и углеводов, в частности, гликопротеина муцина, образующего слизь, а также воска, камеди и растительного клея. Аппарат Гольджи участвует в росте и обновлении плазматической мембраны и в формировании лизосом.

5). Лизосомы представляют собой мембранные мешочки, наполненные пищеварительными ферментами. Особенно много лизосом в животных клетках, здесь их размер составляет десятые доли микрометра. Лизосомы расщепляют питательные вещества, переваривают попавшие в клетку бактерии, выделяют ферменты, удаляют путём переваривания ненужные части клеток. Лизосомы также являются “средствами самоубийства” клетки: в некоторых случаях (например, при отмирании хвоста у головастика) содержимое лизосом выбрасывается в клетку, и она погибает.

6). Пероксисомы (микротельца) имеют округлые очертания и окружены мембраной. Их размер не превышает 1,5мкм. Пероксисомы связаны с эндоплазматической сетью и содержат ряд важных ферментов, в частности, каталазу, участвующую в разложении перекиси водорода.

7). Микротрубочки - это полые цилиндрические органеллы (наличествующие почти во всех во всех эукариотических клетках) диаметром около 25нм. и длинной до нескольких микрометров. Стенки микротрубочек сложены из белка тубулина. Микротрубочки представляют собой достаточно жёсткие структуры и поддерживают форму клетки, образуя своеобразный цитоскелет. Другая функция микротрубочек — транспорт питательных веществ.

8). Центриоли — мелкие полые цилиндры длиной в десятые доли микрометра, построенные из 27 микротрубочек. Во время деления клетки они образуют веретено, вдоль которого выстраиваются хромосомы.

9). Базальные тельца по структурам идентичны центриолям, содержатся в жгутиках и ресничках. Эти органеллы вызывают биение жгутиков.

10). Микрофиламенты — тонкие белковые нити диаметром 5-7нм. Их функции связаны опорой и движением клеток.