Отличительные особенности эукариотической клетки.
Все живые организмы состоят из клеток. По своему строению они делятся на прокариоты и эукариоты. Прокариотическая клетка характеризуется отсутствием хорошо обособленного ядра и примитивностью своего строения. Эукариотическая клетка отличается сложностью своего строения и характеризуется рядом особенностей:
1.Эукариотическая клетка имеет ядро с полным набором хромосом, состоящих из ДНК и особых белков - гистонов, которых нет у кольцевидной ДНК (нуклеоид) прокариот.
2.У эукариот имеются хорошо развитые мембранные органоиды, которые в прокариотической клетки отсутствуют.
3.У многоклеточных организмов эукариотические клетки имеют двойной слой мембранных структур, защищающих их от внешней среды и отличающихся своим химическим составом и сложностью организации.
4.Размер и форма эукариотических клеток зависит от выполняемой функции, что нельзя сказать о прокариотичеких клетках.
5.Эукариоты делятся амитозом, митозом и мейозом, прокариотические только митозом, редко почкованием (почкующие бактерии).
6.Эукариотическим клеткам присуще такие процессы как циклоз (движение цитоплазмы по кругу внутри клетки) и амебоидное движение.
7.Эукариотические клетки - это клетки растений, животных, грибов и водорослей. Но эукариотические клетки многоклеточных и одноклеточных организмов отличаются друг от друга.У одноклеточных - представителей типа простейших эукариотическая клетка является целым организмом, на уровне которого происходят важные процессы жизнедеятельности и поэтому у них могут присуствовать дополнительные образования - такие, как цитостом, цитофаринкс и порошица (инфузория - туфелька).У многоклеточных - эукариотическая клетка является всего лишь структурной единицей в образовании определенной ткани, выполняющей определенную функцию.
На основе вышеизложенных особенностей следует, что эукариотическая клетка имеет более сложное строение, чем прокаритическая. Ученые считают, что эукариотическая клетка образовалась позднее, чем прокариотическая. Прокариоты появились 3,5 млрд. лет назад. Различные прокариотические клетки инвагинируя друг в друга и, живя затем во взаимовыгодном сотрудничестве, т.е. в симбиозе образовывали эукариотические клетки. Таким образом, предполагают, что эукариотические клетки образовались примерно 1 - 1,5 млрд. лет тому назад и постепенно усложняли свое строение. Предполагают, что аэробные прокариоты, инвагинируя в другие прокариотические клетки - крупные амебоидные клетки, постепенно превращались в митохондрии. Затем к этим клеткам - хозяевам присоединялись и жгутикоподобные прокариоты. Образованная клетка становилась подвижной и представляла предшественников современных жгутиковых, которые согласно гипотезе симбиоза и инвагинации, сожительствуя с сине-зелеными водорослями, могли превращаться в растительные клетки.
Клетка состоит из трех частей: мембранного аппарата, цитоплазмы и ядра (рис.1.)
Схема строения эукариотической клетки.
| Общие |
| КЛЕТКА |
| Мембранный аппарат |
| Цитоплазма |
| Ядро |
| Гиалоплазма |
| Органоиды |
| Включения |
| Специальные |
| Двухмембранные: 1.Ядро 2.Митохондрии 3.Пластиды |
| Одномембранные: 1.ЭПС 2.Аппарат Гольджи 3. Лизосомы 4.Вакуоли 5.Пероксисомы |
| Безмембранные: 1.Клеточный центр 2.Рибосомы 3. Жгутики 4.Реснички |
Рис.1.
Мембранный аппарат.
Мембранный аппарат - это сложный комплекс внешних и внутренних структур, отличающийся у растительной и животной клеток. Снаружи растительную клетку покрывает клеточная оболочка, состоящая из полисахарида - целлюлозы. Она является довольно прочной и твердой, что позволяет ей сохранять определенный объем и защищать ее от внешней среды. Надмембранная структура животной клетки называется гликокаликсом. Он тонкий и эластичный, постоянно меняет свою форму и состоит из гликопротеидов. Животные клетки, имеющие одинаковые гликопротеиды узнают друг друга и объединяются в однотипную ткань. Внутренняя мембрана животной и растительной клеток имеет одинаковое строение и называется плазмолеммой. Она имеет жидкостно-мозаичную модель, которая была обнаружена в1972 году С.Д.Сингером и Г.Л. Николсоном. По их мнению, плазмолемма состоит из двойного слоя фосфолипидов и находящегося между ними слоя белковых молекул. Гидрофобная часть липидных молекул обращена вовнутрь, а гидрофильная
Кнаружи (рис.2.). Белковые молекулы не образуют сплошного слоя, а как в мозаике, располагаясь беспорядочно, выполняют различные функции. Так, например, интегральные белковые молекулы пронизывают бислой насквозь и образуют каналы, через которые переносятся питательные вещества и энергия. Периферические белки не пронизывают фосфолипидный слой, а располагаясь снаружи, соединяются с микрофиламентами и образуют цитоскелет клетки. Спиралевидные белки пронизывают липидный слой, образуя каналы для прохождения питательных веществ. В двойном липидном слое встречаются также молекулы холестерина, поддерживающие жидкое состояние мембраны. Плазмолемма обладает свойствами текучести, полярности и избирательной проницаемости.
Плазматическая мембрана эукариотической клетки выполняет ряд важных функций:
1.Барьерная функция - отграничивает содержимое клетки и защищает от внешней среды.
2.Рецепторная функция - рецепторы, расположенные в плазмолемме воспринимают раздражения внешней среды и передают их во внутреннюю среду.
3.Контактная функция - образование белковых каналов между соседними клетками, через которые постоянно происходит обмен веществ и энергии. Белковые каналы между двумя растительными клетками называются плазмодесмами, а между животными клетками - коннексонами.
4.Транспортная функция - сложное строение мембраны не позволяет некоторым веществам проходить через нее. Избирательная проницаемость мембран обеспечивает клетке определенный состав и регулирует нужный объем. Вещества через мембрану проходят двумя видами транспорта:
А. Пассивный транспорт - движение веществ из высокой концентрации в раствор низкой концентрации (движение веществ по градиенту концентрации), которое идет без затраты энергии. Сюда можно отнести диффузию и осмос. Диффузия может быть опосредованной и неопосредованной. Опосредованная диффузия осуществляется за счет переносчиков и называется облегченной. Одной из разновидностью облегченной диффузии является обменная диффузия. При этом процессе транспорт одного вещества сопрягается с переносом другого в противоположном направлении. Неопосредованный вид диффузии осуществляется без переносчиков, исключительно, за счет концентрационного градиента транспортируемого вещества. К пассивному транспорту относят и явление осмоса, посредством которого осуществляется перенос молекул воды (рис.3.).
Рис.2.
.
Рис.3.
В. Активный транспорт - движение веществ из раствора с низкой концентрацией в раствор с повышенной концентрацией, который обязательно требует затраты энергии. К активному переносу веществ относят натрий - калиевый насос, фагоцитоз и пиноцитоз (рис.4.).
Натрий - калиевый насос представлен белком, выполняющим одновременно две функции:1.нагнетание ионов калия в клетку и откачивание ионов натрия из клетки против градиента концентрации; 2.гидролиз АТФ с высвобождением фосфатной группы и энергии, за счет которой и происходит активный транспорт. При этом возникающая разность потенциалов по обе стороны мембраны необходима для электрической активности нервных и мышечных клеток, а также для осуществления транспорта крупных молекул сахаров и аминокислот. На рис.3. показано, как молекула аминокислоты внедряется в транспортный белок и с помощью энергии АТФ переходит внутрь клетки. Так транспортируются аминокислоты в кишечнике после расщепления белков пищи. Полимеры имеют огромные размеры и не могут транспортироваться с помощью переносчиков. Их транспорт осуществляется с помощью процессов эндоцитоза и экзоцитоза. Эндоцитоз - это перенос питательных веществ внутрь клетки, а экзоцитоз - из клетки. Различают два вида эндоцитоза: фагоцитоз и пиноцитоз. Фагоцитоз - это транспортировка твердых частиц, а пиноцитоз - проникновение растворенных питательных веществ. При этом также расходуется энергия АТФ, поэтому их также относят к активному транспорту.
Цитоплазма.
Цитоплазма - это внутренняя среда клетки, состоящая из жидкой ее части и твердой. Жидкая часть называется гиалоплазмой и представляет бесцветную коллоидную систему, в составе которой имеются вода, белки, углеводы, липиды и различные РНК.
Гиалоплазма выполняет несколько функций:
1.Сохраняет буферность и осмотические свойства клетки.
2.Обеспечивает процесс гликолиза.
3.Осуществляет внутриклеточный транспорт.
4.Принимает участие в обмене веществ.
К твердой части цитоплазмы относятся органоиды и включения. Включения - это временные структуры цитоплазмы, которые не имеют определенного строения и в процессе жизнедеятельности могут то появляться, то исчезать. В связи со своим предназначением они могут быть разные:
1.Трофические - включения, в которых запасаются питательные вещества. Например, в животных клетках откладывается жировые капли, гликоген, лецитин, а в растительных клетках - крахмальные или алейроновые зерна.
2.Остаточные – непереваренные в лизосомах питательные вещества могут также образовывать включения.
3.Пигментные - включения, где могут накапливаться определенные пигменты - меланин в клетках кожи или хлорофилл в мезофилле листа.
4.Секреторные - включения, содержащие гормоны и ферменты.
Рис.4.
Органоиды - это постоянные структуры клетки, имеющие специфическое строение и выполняющие определенную функцию. Они делятся на общие и специальные. Общие - это присущие каждой клетке органоиды. Специальные - органоиды, встречающиеся только в некоторых клетках.
К специальным органоидам относят:
1.Миофибриллы - мышечные волокна, содержащие особые белки - актин и миозин, придающие этим волокнам свойства сократимости и растяжимости.
2.Нейрофибриллы - нервные волокна, характерные только для нервных клеток и передающие возбуждение от одной клетки к другой.
3.Тонофибриллы - особые волокна, придающие свойства эластичности и растяжимости эпителиальной ткани.
4.Микроворсинки всасывающей поверхности эпителиальных клеток кишечника.
5.Реснички эпителия верхних дыхательных путей.
6.Жгутики мужских половых клеток (сперматозоидов).
К общим органоидам относят:
1.Эндоплазматическая цепь.
2.Аппарат Гольджи
3.Лизосомы
4.Пероксисомы
5.Вакуоли
6.Митохондрии
7.Пластиды
8.Клеточный центр
9.Рибосомы
10.Микрофибриллы
11.Микротрубочки
Общие органоиды делятся на одномембранные, двухмембранные и безмембранные (рис.1.). К одномембранным органоидам относят эндоплазматическую сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли и пероксисомы. Одномембранные органоиды связаны друг с другом и образуют единую сеть,так например, наружный слой ядерной оболочки переходит в каналы ЭПС, связывающиеся с цистернами аппарата Гольджи, секрет которого выносится в межклеточное пространство.
ОДНОМЕМБРАННЫЕ ОРГАНОИДЫ