Все эукариотическиеклетки состоят из трёх основных частей:
1. Клеточная оболочка ограничивает клетку от окружающей среды.
2. Цитоплазма составляет внутреннее содержимое клетки.
3. Ядро (у прокариот – нуклеоид). Содержит генетический материал клетки.
Пункт 1. Строение клеточной оболочки.
Основу клеточной оболочки составляет плазматическая мембрана (наружная клеточная мембрана, плазмолемма) — биологическая мембрана, ограничивающая внутреннее содержимое клетки от внешней среды.
Все биологические мембраны представляют собой двойной слой липидов, гидрофобные концы которых обращены внутрь, а гидрофильные головки — наружу (рисунок 3).
Кроме липидов в состав мембраны входят белки:
ü периферические –прилегают к билипидному слою с внутренней или внешней стороны;
ü погружённые (полуинтегральные) – частично встроены в мембрану;
ü пронизывающие (интегральные) – проходят через всю толщу мембраны.
Белки способны перемещаться в плоскости мембраны.
Функции мембранных белков:
ü транспорт различных молекул;
ü получение и преобразование сигналовиз окружающей среды;
ü поддержание структуры мембран;
ü наиболее важное свойство мембран — избирательная проницаемость.
Рисунок 3.Строение биологической мембраны:
1-гликокаликс; 2-двойной слой липидов; 3-погружённый (полуинте-гральный) белок; 4-поверхностный (периферический) белок; 5-интегральный (погружённый) белок
Плазматические мембраны животных клеток имеют снаружи слой гликокаликса, выполняющий сигнальную и рецепторную функции. Он играет важную роль в объединении клеток в ткани.
Плазматические мембраны растительных клеток покрыты клеточной стенкой из целлюлозы. Поры в стенке позволяют пропускать воду и небольшие молекулы, а жёсткость обеспечивает клетке механическую опору и защиту.
Функции клеточной оболочки:
· определяет и поддерживает форму клетки;
· защищает клетку от механических воздействий и проникновения повреждающих биологических агентов;
· отграничивает внутреннее содержимое клетки;
· регулирует обмен веществ между клеткой и окружающей средой, обеспечивая постоянство внутриклеточного состава;
· участвует в формировании межклеточных контактов и различного рода специфических выпячиваний цитоплазмы (ресничек, жгутиков).
Пункт 2. Цитоплазма
Цитоплазма представляет собой внутреннее содержимое клетки и состоит из основного вещества (гиалоплазмы) и находящихся в нём разнообразных внутриклеточных структур (органоидов и включений).
Гиалоплазма (матрикс) — это водный раствор неорганических и органических веществ, способный изменять свою вязкость и находящийся в постоянном движении.
Цитоплазматические структуры клетки представлены органоидами и включениями.
Включения — непостоянные структуры цитоплазмы в виде гранул (крахмал, гликоген, белки) и капель (жиры).
Органоиды (органеллы) — постоянные и обязательные компоненты большинства клеток, имеющие определённую структуру и выполняющие жизненно важные функции.
ОДНОМЕМБРАННЫЕ ОРГАНОИДЫ:
эндоплазматический ретикулум (ЭПР) (эндоплазматическая сеть (ЭПС)), аппарат(комплекс)Гольджи, лизосомы, вакуоли.
Эндоплазматическийретикулум (эндоплазматическая сеть) —
система соединённых между собой полостей, трубочек и каналов, отграниченных от цитоплазмы одним слоем мембраны и разделяющих цитоплазму клеток на изолированные пространства (рисунок 4).
Рисунок 4. Строение эндоплазматическогоретикулума:
а — шероховатого и б — гладкого: 1 — рибосомы, 2 — канальцы.
Это необходимо, чтобы отделить множество параллельно идущих реакций. Выделяют шероховатый эндоплазматический ретикулум(гранулярный) (на его поверхности расположены рибосомы, на которых синтезируется белок) и гладкий эндоплазматический ретикулум (агранулярный) (на его поверхности осуществляется синтез липидов и углеводов).
Аппарат Гольджи (пластинчатой комплекс) представляет собой стопку из 5—20 уплощённых дисковидных мембранных полостей и отшнуровывающихсяот них микропузырьков (рисунок 5).
Функция — трансформация, накопление, транспорт поступающих в него веществ к различным внутриклеточным структурам или за пределы клетки. Мембраны аппарата Гольджи способны образовывать лизосомы.
Рисунок 5. Строение аппарата Гольджи: 1 — пузырьки; 2 — цистерны
Лизосомы — мембранные пузырьки, содержащие гидролитические ферменты (рисунок 6).
Рисунок 6. Лизосома
Различают первичные и вторичные лизосомы.
Первичные лизосомы — отшнуровывающиеся от полостей аппарата Гольджи микропузырьки, окруженные одиночной мембраной и содержащие набор гидролитических ферментов.
Вторичные лизосомы образуются после слияния первичных лизосом с субстратом, подлежащим расщеплению. К вторичным лизосомам относятся пищеварительные вакуоли, остаточные тельца и аутолизосомы.
Пищеварительные вакуоли образуются при слиянии первичных лизосом с фагоцитарными и пиноцитарными вакуолями (пищеварительные вакуоли простейших). Их функция — переваривание веществ, поступивших в клетку при эндоцитозе.
Остаточные тельца содержат непереваренный материал. Их функция — накопление непереваренных веществ и обычно выведение их наружу посредством экзоцитоза.
Аутолизосомы образуются при слиянии первичных лизосом с отработанными органоидами. Их функция — разрушение отработанных частей клетки или клетки целиком (аутолиз).
Вакуоли — наполненные жидкостью мембранные мешки в цитоплазме клеток растений (рисунок 7).
Рисунок 7. Вакуоли в растительных клетках
Они образуются из мелких пузырьков, отщепляющихся от эндоплазматическогоретикулума. Мембрана вакуоли называется тонопластом, а содержимое полости — клеточным соком. В клеточном соке содержатся запасные питательные вещества, растворы пигментов, отходы жизнедеятельности, гидролитические ферменты. Вакуоли участвуют в регуляции водно-солевого обмена, создании тургорного давления, накоплении запасных веществ и выведении из обмена токсичных соединений.
ДВУМЕМБРАННЫЕ ОРГАНОИДЫ:
митохондрии и пластиды
Митохондрии — двумембранные органоиды, присутствующие во всех эукариотических клетках. Могут быть палочковидной, овальной или округлой формы (рисунок 8).
Рисунок 8. Строение митохондрии:
а — продольный разрез; б — трёхмерная схема:
1-внутренняя мембрана; 2-кристы; 3-строма; 4-наружная мембрана
Содержимое митохондрий (матрикс) ограничено от цитоплазмы двумя мембранами: наружной гладкой и внутренней, образующейскладки (кристы). В митохондриях образуются молекулы АТФ. Для этого используется энергия, выделяющаяся при окислении органических соединений.
Пластиды — двумембранные органоиды, характерные только для клеток фотосинтезирующих эукариотических организмов. Имеют две мембраны и гомогенное вещество внутри — строму (матрикс). В зависимости от окраски различают хлоропласты, хромопласты и лейкопласты (рисунок 9).
Рисунок 9. Строение пластид:
а — хлоропласта, б — лейкопласта, в — хромопласта;
1-внешняя мембрана, 2-внутренняя мембрана, 3-матрикс (строма), 4-тилакоиды стромы (ламеллы), 5-грана, 6-тилакоид граны, 7-крахмальное зерно, 8-каратиноиды в каплях липидов, 9-ДНК, 10-рибосомы, 11-разрушающиеся мембранные структуры
Хлоропласты — зелёные пластиды, в которых протекает процесс фотосинтеза. Наружная мембрана гладкая. Внутренняя формирует систему плоских пузырьков (тилакоидов), которые собраны в стопки (граны). В мембранах тилакоидов содержатся зелёные пигменты хлорофиллы, а также каратиноиды.
Хромопласты — пластиды, содержащие пигменты каратиноиды, придающие им красную, жёлтую и оранжевую окраску. Они придают яркую окраску цветам и плодам.
Лейкопласты — непигментированные, бесцветные пластиды. Содержатся в клетках подземных или неокрашенных частей растений (корней, корневищ, клубней). Способны накапливать запасные питательные вещества, в первую очередь крахмал, липиды и белки. Лейкопласты могут превращаться в хлоропласта (например, при цветении клубней картофеля) и редко в хромопласты (например, при созревании корнеплода у моркови), а хлоропласта — в хромопласты (например, при созревании плодов).
НЕМЕМБРАННЫЕ ОРГАНОИДЫ
рибосомы, микротрубочки, микрофиламенты, клеточный центр.
Рибосомы — мелкие органоиды, образованные двумя субъединицами: большой и малой. Они состоят из белков и рРНК. Малая субъединица содержит одну молекулу рРНК и белки, большая — три молекулы рРНК и белки. Рибосомы могут либо свободно находиться в цитоплазме, либо прикрепляться к эндоплазматическомуретикулуму. На рибосомахпроисходит синтез белка. Белки, синтезируемые на рибосомах на поверхности эндоплазматическогоретикулума, обычно поступают в его цистерны, а образовавшиеся на свободных рибосомах остаются в гиалоплазме. Совокупность рибосом – полисомы, с помощью пептидных связей. Диаметр одной рибосомы составляет 20 нм.
Микротрубочки и микрофиламенты — нитевидные структуры, состоящие из сократительных белков и обусловливающие двигательные функции клетки.
Микротрубочки имеют вид длинных полых цилиндров, стенки которых состоят из белков — тубулинов.
Микрофиламенты — ещё более тонкие, длинные, нитевидные структуры, состоящие из белков актина и миозина.
Микротрубочки и микрофиламенты пронизывают всю цитоплазму клетки, формируя её цитоскелет, обусловливают циклоз (ток цитоплазмы), внутриклеточные перемещения органоидов, образуют веретено деления и т.д. Определённым образом организованные микротрубочки формируют центриоли клеточного центра, базальные тельца, реснички, жгутики.
Клеточный центр (центросома) обычно находится вблизи ядра, состоит из двух центриолей, располагающихся перпендикулярно друг другу (рисунок 10).
Рисунок 10.Строение клеточного центра
Каждая центриоль имеет вид полого цилиндра, стенка которого образована 9 триплетами микротрубочек (9+0). Центриоли играют важную роль в делении клетки, образуя веретено деления.
Реснички и жгутики — органоиды движения, представляющие собой своеобразные выросты цитоплазмы клетки, покрытые плазматической мембраной.
Пункт 3. Ядро
Большинство клеток имеют одно ядро, но встречаются и многоядерные клетки (у ряда простейших, в скелетных мышцах позвоночных). Некоторые высокоспециализированные клетки утрачивают ядра (эритроциты млекопитающих и клетки ситовидных трубок у покрытосеменных растений).
Ядро, как правило, имеет шаровидную или овальную форму. В состав ядра входят ядерная оболочка, кариоплазма, ядрышки и хроматин (хромосомы) (рисунок 11).
Рисунок 11. Строение ядра:
1-наружная мембрана; 2-внутренняя мембрана; 3-перинуклеарное пространство; 4-пора; 5 -ядрышко; 6-кариоплазма; 7-хроматин
Ядерная оболочка (кариолемма) образована двумя мембранами (наружной и внутренней). Отверстия в ядерной оболочке называются ядерными порами. Через них осуществляется обмен веществом между ядром и цитоплазмой.
Кариоплазма (нуклеоплазма, ядерный сок) — желеобразное внутреннее содержимое ядра.
Ядрышко — сферическая структура, функция которой — синтез рРНК.
Хроматин — неспирализованная молекула ДНК, связанная с белками. В таком виде ДНК присутствует в неделящихся клетках. При этом возможно удвоение ДНК (репликация) и реализация заключенной в ДНК информации. Хромосома — спирализованная молекула ДНК, связанная с белками (рисунок 12).
Рисунок 12. Строение хромосомы
1-центромера (первичная перетяжка); 2-короткое плечо; 3-длинное плечо;
4-вторичная перетяжка; 5-спутник; 6-нить веретена
ДНК спирализуется перед делением клетки для более точного распределения генетического материала при делении. На стадии метафазы каждая хромосома состоит из двух хроматид, образующихся в результате удвоения ДНК. Хроматиды соединены между собой в области первичной перетяжки, или центромеры. Центромера делит хромосому на два плеча. В зависимости от места положения центромеры различают следующие типы хромосом (рисунок 13):
Телоцентрические (А) — центромера отсутствует либо расположена на конце хромосомы);
Акроцентрические (палочковидные)(Б) — центромера смещена к концу плеча хромосомы;
Субметацентрические (неравноплечие)(В) — центромера делит хромосому на два неравных плеча;
Метацентрические (равноплечие)(Г) — центромера делит хромосому на два равных плеча. Некоторые хромосомы имеют вторичные перетяжки.
Рисунок 13. Классификация хромосом:
1 — центромера; 2 — спутник; 3 — короткое плечо; 4 — длинное плечо
Совокупность хромосом, содержащихся в ядре, называется хромосомным набором. Число хромосом в клетке и их форма постоянны для каждого вида живых организмов.
Соматические клетки обычно диплоидны (содержат двойной набор хромосом — 2n). В этих клетках хромосомы представлены парами. Диплоидный набор хромосом клеток конкретного вида живых организмов, характеризующийся числом, размером и формой хромосом, называют кариотипом. Хромосомы, принадлежащие к одной паре, называются гомологичными. Одна из них унаследована от отцовского организма, другая — от материнского. Хромосомы разных пар называются негомологичными. Они отличаются друг от друга размерами, формой, местами расположения первичных и вторичных перетяжек. Хромосомы, одинаковые у обоих полов, называются аутосомами. Хромосомы, по которым мужской и женский пол отличаются друг от друга, называются половыми, или гетерохромосомами. В клетке человека содержится 46 хромосом или 23 пары: 22 пары аутосом и 1 пара половых хромосом. Половые хромосомы обозначают как X- и Y-хромосомы. Женщины имеют две Х-хромосомы, а мужчины одну X- и одну Y-хромосому.
Половые клетки гаплоидны (содержат одинарный набор хромосом — n). В этих клетках хромосомы представлены в единственном числе и не имеют пары в виде гомологичной хромосомы.
Функции ядра: хранение генетической информации, передача её дочерним клеткам в процессе деления, контроль жизнедеятельности клетки.