Все живые организмы имеют во многом схожее клеточное строение. Однако у клеток разных царств живого имеются свои особенности. Так клетки бактерий не имеют ядер, а у клеток растений есть жесткая целлюлозная клеточная стенка и хлоропласты. Строение животных клеток также имеет свои характерные особенности.
Чаще всего клетки животных мельче, чем клетки растений. По форме они очень разнообразны. Форма и строение животной клетки зависит от выполняемых ею функций. У сложно организованных животных тела состоят из множества тканей. Каждую ткань составляют свои клетки, имеющие характерные для них особенности строения. Но несмотря на все разнообразие, можно выделить общее в строении всех животных клеток.
От внешней среды содержимое клетки животного ограничено только клеточной мембраной. Она эластична, поэтому многие клетки имеют неправильную форму, могут незначительно изменять ее. Мембрана имеет сложное строение, в ней выделяют два слоя. Клеточная мембрана отвечает за избирательный транспорт веществ внутрь клетки и из нее.
Внутри животной клетки содержится цитоплазма, ядро, органоиды, рибосомы, различные включения и др. Цитоплазма представляет собой вязкую жидкость, находящуюся в постоянном движении. Движение цитоплазмы способствует протеканию различных химических реакций в клетке, т. е. обмену веществ.
Во взрослой растительной клетке есть большая центральная вакуоль. В животной клетке такой вакуоли нет. Однако в животных клетках постоянно образуются и исчезают маленькие вакуоли. В них могут содержаться питательные вещества для клетки или продукты распада, подлежащие удалению.
Строение животной клетки отличается от растительной еще тем, что в животной клетке достаточно большое ядро располагается обычно в центре (а у растений оно смещено из-за наличия большой центральной вакуоли). Внутри ядра содержится ядерный сок, а также находятся ядрышко и хромосомы. Хромосомы содержат наследственную информацию, которая при делении передается дочерним клеткам. Также они управляют жизнедеятельностью самих клеток.
У ядра есть своя мембрана, отделяющая его содержимое от цитоплазмы. Кроме ядра в цитоплазме клетки есть другие структуры, имеющие собственные мембраны. Эти структуры называют органоидами клетки, или, по-другому, органеллами клетки. В обычной по строению животной клетке, кроме ядра, есть следующие органоиды: митохондрии, эндоплазматическая сеть (ЭПС), аппарат Гольджи, лизосомы.
Митохондрии — это энергетические станции клетки. В них образуется АТФ — органическое вещество, в последствие при расщеплении которого выделяется много энергии, обеспечивающей протекание процессов жизнедеятельности в клетке. Внутри митохондрии есть множество складок — крист.
Эндоплазматическая сеть состоит из множества каналов, по которым транспортируются синтезируемые в клетке белки, а также другие вещества. По каналам ЭПС вещества поступают в аппарат Гольджи, который в животных клетках выражен сильнее, чем в растительных. В аппарате Гольджи, который представляет собой комплекс трубочек, вещества накапливаются. Далее по мере надобности они будут использованы в клетке. Кроме того на мембране аппарата Гольджи происходит синтез жиров и углеводов для построения всех мембран клетки.
В лизосомах содержатся вещества, расщепляющие ненужные клетке и вредные для нее белки, жиры и углеводы.
Кроме органелл, окруженных мембраной, в животных клетках есть немембранные структуры: рибосомы и клеточный центр. Рибосомы есть в клетках всех организмов, а не только у животных. А вот клеточного центра у растений нет.
Рибосомы располагаются группами на эндоплазматической сети. ЭПС, покрытая рибосомами, называется шероховатой. Без рибосом ЭПС называется гладкой. На рибосомах происходит синтез белков.
Клеточный центр состоит из пары цилиндрических телец. Эти тельца на определенном этапе создают своеобразное веретено деления, которое способствует правильному расхождению хромосом при делении клетки.
Клеточные включения представляют собой различные капли и зерна, состоящие из белков жиров и углеводов. Они постоянно присутствуют в цитоплазме клетки и участвуют в обмене веществ.
Вопрос 5
В ядерном аппарате эукариотической клетки выделяют следующие части: поверхностный аппарат ядра, ядерный матрикс, кариоплазму, хроматин и ядрышко.
Функции поверхностного аппарата:
1.ядерная оболочка отграничевает ядерное пространство от цитоплазмы, что позволяет разграничить во времени и пространстве этапы транскрипции и трансляции биосинтеза белка. В результате стал возможен процессинг- этап преобразования первичного транскрипта, приводящий к образованию зрелой РНК.
2.ядерная оболочка защищает ДНК от механических воздействий цитоскелета цитоплазмы
3.через поровый комплекс осуществляется двусторонний транспорт.
Функции ядерного матрикса: обеспечивает структурную организацию всех компонентов ядра и участвует в регуляции процессов репликации, транскрипции, созревании продуктов транскрипции, выведении их в цитоплазму.
Функции ядрышка: представляет собой структуру в которой происходит образование рибосомальных единиц.
Функция кариоплазмы: создание специфического для ядерных структур микроокружении, обеспечивая возможность их нормального функционирования.
Ядро осуществляет две группы общих функций: одна из них — хранение генетической информации, другая — ее реализация, обеспечение синтеза белка.
В первую группу входят процессы, обусловливающие поддержание наследственной информации в виде неизменной структуры ДНК. Эти процессы связаны с наличием так называемых репарационных ферментов, ликвидирующих спонтанные повреждения молекулы ДНК, что сохраняет строение молекул ДНК практически неизменным в ряду поколений клеток или организмов. Далее в ядре происходят воспроизведение, или редупликация, и разъединение молекул ДНК, что дает возможность двум клеткам получить совершенно одинаковые и в качественном и количественном смысле объемы генетической информации. В ядре эукариот происходят процессы изменения и рекомбинации генетического материала, что наблюдается во время мейоза (кроссинговер). Наконец, ядра непосредственно участвуют в процессах распределения молекул ДНК при делении клеток.
Другой группой клеточных процессов, обеспечивающихся активностью ядра, является создание собственного аппарата белкового синтеза. Это не только синтез (транскрипция) на молекулах ДНК разных информационных РНК, но также транскрипция всех видов трансферных РНК и рибосомных РНК. В ядрах эукариотических клеток происходит «созревание» (процессинг, сплайсинг) первичных транскриптов.
В ядре эукариот образуются также субъединицы рибосом путем комплексирования синтезированных в ядрышке рибосомных РНК с рибосомными белками, которые синтезируются в цитоплазме и переносятся в ядро.
Таким образом, ядро представляет собой не только вместилище генетического материала, но и структуру, где этот материал воспроизводится и функционирует. Поэтому выпадение или нарушение любой из перечисленных выше функций гибельно для клетки в целом.
Вопрос 6
Клеточное ядро (см. рис. 1 и 2) имеет важнейшее значение в жизнедеятельности клетки, поскольку служит хранилищем наследственной информации, содержащейся в хромосомах (см. ниже). Ядро есть в любой эукариотической клетке.
Рис. 1. Строение клетки эукариот. Обобщенная схема
Рис. 2. Строение клетки по данным электронной микроскопии
Ядро ограничено ядерной оболочкой, отделяющей его содержимое (кариоплазму) от цитоплазмы. Оболочка состоит из двух мембран, разделенных промежутком. Обе они пронизаны многочисленными порами, благодаря которым возможен обмен веществами между ядром и цитоплазмой. В ядре клетки у большинства эукариот находится от 1 до 7 ядрышек. С ними связаны процессы синтеза РНК и тРНК.
Основные компоненты ядра - хромосомы, образованные из молекулы ДНК и различных белков. В световом микроскопе они хорошо различимы лишь в период клеточного деления (митоза, мейоза). В неделящейся клетке хромосомы имеют вид длинных тонких нитей, распределенных по всему объему ядра.
Во время деления клеток хромосомные нити образуют плотные спирали, вследствие чего становятся видимыми (с помощью обычного микроскопа) в форме палочек, «шпилек». Весь объем генетической информации распределен между хромосомами ядра. В процессе их изучения были выявлены следующие закономерности:
· в ядрах соматических клеток (т. е. клеток тела, неполовых) у всех особей одного вида содержится одинаковое количество хромосом, составляющих набор хромосом (рис. 3);
· для каждого вида характерен свой хромосомный набор по их количеству (например, у человека 46 хромосом, у мушки дрозофилы — 8, у аскариды — 4, у речного рака — 196, у лошади — 66, у кукурузы — 104);
· хромосомы в ядрах соматических клеток могут быть сгруппированы парами, получившими название гомологичных хромосом на основании их сходства (по строению и функциям);
· в ядрах половых клеток (гамет) из каждой пары гомологичных хромосом содержится только одна, т. е. общий набор хромосом вдвое меньше, чем в соматических клетках;
· одинарный набор хромосом в половых клетках называется гаплоидным и обозначается буквой n, а в соматических - диплоидным (2 n).
Рис. 3. Хромосомы разных видов растений и животных, изображенные в одном масштабе: 1,2 — амеба; 3, 4 — диатомовые водоросли; 5-8, 18, 19 — зеленые водоросли; 9 — мухомор; 10 — липа; 11-12 — дрозофила; 13 — семга; 14 — скерда (семейство сложноцветных); 15 — растение из семейства ароидных; 16 — бабочка-хохлатка; 17 — насекомое из семейства саранчовых; 20 — клоп-водомерка; 21 — цветочный клоп; 22 — земноводное амбистома; 23 — алоэ (семейство лилейных)
Из изложенного ясно, что каждая пара гомологичных хромосом образована объединением отцовских и материнских хромосом при оплодотворении, т. е. слиянии половых клеток (гамет). И наоборот, при образовании половых клеток из каждой пары гомологичных хромосом в гамету попадает только одна.
Хромосомы разных гомологичных пар отличаются по размерам и форме (рис. 4 и 5).
Рис. 4. Строение и типы хромосом:? — внешний вид (1 — цетромера; 2 — короткое плечо; 3 — длинное плечо);
? — внутренняя структура той же хромосомы (1 — центромера; 2 — молекулы ДНК);? — типы хромосом (1 — одноплечая; 2 — разноплечая; 3 — равноплечая: X — плечо, Y — центромера)
Рис. 5. Хромосома состоит из ДНК и белков. Молекула ДНК реплицируется. Две идентичные двойные спирали ДНК остаются соединенными в области центромеры. Эти копии превращаются
в отдельные хромосомы позднее, во время деления клетки
В теле хромосом выделяют первичную перетяжку (называемую центромерой), к которой прикрепляются нити веретена деления. Она делит хромосому на два плеча. Хромосомы могут быть равноплечими, разноплечими и одноплечими.
Цитоплазма
Цитоплазма – движущаяся жидкообразная структура животной или растительной клетки, ее внутренняя среда без ядра, в которой располагаются органеллы (органоиды).
Внешне она ограничивается клеточной мембраной. Цитоплазме свойственный циклоз – постоянное движение. Оно может иметь струйчатый, колебательный и круговой характер. При этом движении органеллы и включения перемещаются вместе с ней.
Строение цитоплазмы
Состав цитоплазмы представляет собой белковую смесь в коллоидном состоянии в сочетании с нуклеиновыми кислотами, жирами, углеводами, где дисперсионной средой выступает вода. Кроме этих основных компонентов в структуре цитоплазмы можно найти отходы обменных процессов и другие включения.
При детальном изучении цитоплазму можно разделить на две плазматические среды – эндоплазму и экзоплазму.
Первая занимает центр клеточной субстанции и является более текучей по консистенции. В ней сконцентрированы включения цитоплазмы.
Вторая располагается по периметру, имея большую плотность и вязкость структуры без дополнительных включений. Ее периферический поверхностный слой служит как связующее в химическом и физическом плане звено во взаимодействии клетки с окружающей средой.
Немаловажную функциональную роль также играют органоиды цитоплазмы:
• Комплекс Гольджи – транспортировка веществ, синтезируемых в эндоплазматической сети;
• Митохондрии – окисление органических соединений для получения энергии;
• Лизосомы – внутриклеточное переваривание макромолекул;
• Рибосомы – биосинтез белка;
• Эндоплазматическая сеть – синтез и транспортировка белков, липидов и стероидов;
• Пластиды (свойственны только растительным клеткам) – фотосинтез, сбережение и накопление крахмала и железа.
Функции цитоплазмы
1. Заполняет клеточную полость.
2. Является связующим веществом для клеточных компонентов, объединяющих их в клеточное целое.
3. Определяет положение органелл.
4. Выступает в качестве проводника для химических, физических процессов на внутриклеточном и межклеточном уровне.
5. Поддерживает внутреннее давление в клетке, ее объем, упругость, оводненность.