Многообразие клеток
Клетки одноклеточных и многоклеточных организмов поражают чрезвычайным разнообразием форм и размеров. Например, организм человека состоит примерно из 200 видов клеток, которые специализируются на выполнении определенных функций и различаются морфологией.
Рис.2. Разнообразие клеток
1 – почки лягушки
2 – клетка спинного мозга
3 – клетка костного мозга человека
4 – жировая клетка подкожножировой клетчатки крысы
5 – клетка поджелудочной железы человека
6 – нейтрофильный лейкоцит человека
7 – гладкая мышечная клетка человека
8 – тучные клетки рыхлой соединительной ткани крысы
9 – эритроциты человека
10 – эритроциты верблюда
11 – клетки коры головного мога человека
12 – эритроцит курицы
13 – клетка волоска тычиночной нити традесканции
14 – клетки листа элодеи
15 – клетка плода ландыша
16 – эритроцит свиньи
Состав клетки
Каждая клетка состоит из:
- цитоплазмы;
- наследственного аппарата, погруженного в цитоплазму;
- плазматической мембраны (плазмолеммы) которая отделяет клетку от внешней среды и не препятствующей процессу обмена веществ и энергии;
- клеточной стенки - которая служит для защиты клетки и является своего рода ее внешним скелетом.
Цитоплазма представляет собой все содержимое клетки, заполняющее пространство между плазматической мембраной и структурой, содержащей наследственную информацию. Она состоит из основного вещества — гиалоплазмы — и погруженных в нее органоидов и включений.
Органоиды — это постоянные компоненты клетки, выполняющие определенные функции, а включения — возникающие и исчезающие в процессе жизни клетки компоненты, которые выполняют в основном запасающую или выделительную функции.
Различают два основных типа организации клеток: прокариотические и эукариотические.
Прокариотическая клетка не имеет ядра, ее наследственная информация не отделена от цитоплазмы мембранами. Область цитоплазмы, в которой хранится наследственная информация в прокариотической клетке, называют нуклеоидом.
В цитоплазме прокариотических клеток встречается один вид органоидов — рибосомы, а окруженные мембранами органоиды отсутствуют. Прокариотами являются бактерии и археи (организмы похожие на бактерий обитают в почвах, океанах, болотах и даже в кишечнике человека).
Эукариотическая клетка хотя бы на одной из стадий развития имеет ядро, в котором находится ДНК. Эукариотические клетки характеризуются наличием мембранных органоидов. К эукариотическим организмам относят растения, животные и грибы.
Большинство прокариот является одноклеточными организмами, а эукариоты — многоклеточными.
Наружная клеточная мембрана
Термин «мембрана» (от лат. membrana – кожица, оболочка) был предложен более 100 лет назад для обозначения границ клетки. Однако в дальнейшем с развитием электронной микроскопии было обнаружено, что клеточные мембраны входят в состав многих структурных элементов клетки. Основой любой мембраны является двойной слой фосфолипидов; в нем гидрофобные остатки жирных кислот обращены внутрь, а гидрофильные головки, включающие глицерин и остаток фосфорной кислоты, – наружу. В липидный бислой встроены молекулы белков, которые могут пронизывать его насквозь, погружаться в него или примыкать с наружной или внутренней стороны.
Наружная клеточная мембрана имеет универсальное строение, типичное для всех клеточных мембран. Положение этой мембраны на границе клетки и окружающей среды определяет ее основные функции.
1. Барьерная – поддерживает постоянство внутриклеточной среды, защищая от попадания внутрь клетки чужеродных или токсических веществ.
2. Транспортная функция мембраны носит избирательный характер: одни вещества легко проникают внутрь клетки через специальные поры или с помощью белков-переносчиков, а для других – мембрана непроницаема. Будучи подвижной структурой, мембрана клетки может образовывать выросты, захватывая твердые частицы (фагоцитоз) или капли жидкости (пиноцитоз), при этом образуются фагоцитозные или пиноцитозные вакуоли. Общее название пино– и фагоцитоза – эндоцитоз (от греч. endon – внутри). В клетке существует и обратный процесс – экзоцитоз (от греч. ехо – вне). В процессе экзоцитоза вещества, синтезированные клеткой и упакованные в мембранные пузырьки, выбрасываются из клетки, при этом мембрана пузырька встраивается в клеточную мембрану.
3. Рецепторная – воспринимает сигналы окружающей среды.
4. Каталитическая – на мембране расположены ферменты, принимающие участие синтезе веществ.
5. Образование межклеточных контактов.
Мембрана животных клеток снаружи покрыта тонким слоем углеводов и белков – гликокаликсом, а у клеток растений, грибов и бактерий снаружи от клеточной мембраны находится прочная клеточная стенка.
Мембранный транспорт:
Для микромолекул. Выделяют активный и пассивный транспорт.
К пассивному относятся осмос, диффузия, фильтрация. Диффузия — транспорт вещества в сторону меньшей концентрации. Осмос — движение воды в сторону раствора с большей концентрацией. С помощью пассивного транспорта двигаются вода, жирорастворимые вещества.
К активному транспорту относятся: перенос веществ с участием ферментов-переносчиков и ионные насосы. Фермент-переносчик связывает переносимое вещество и «протаскивает» его внутрь клетки. Механизм ионного насоса рассматривается на примере работы калиево-натриевого насоса: во время его работы происходит перенос трех Nа+ из клетки на каждые два К+ в клетку. Насос действует по принципу открывающихся и закрывающихся каналов и по своей химической природе является белком-ферментом (расщепляет АТФ). Белок связывается с ионами натрия, изменяет свою форму, и внутри него образуется канал для прохождения ионов натрия. После прохождения этих ионов белок снова меняет форму и открывается канал, через который идут ионы калия. Все процессы энергозависимы.
Принципиальное отличие активного транспорта от пассивного заключается в том, что он идет с затратами энергии, а пассивный — без них.
Для макромолекул. Происходит с помощью активного захвата мембраной клетки веществ: фагоцитоза и пиноцитоза.
Фагоцитоз — захват и поглощение клеткой крупных частиц (например, уничтожение патогенных микроорганизмов макрофагами организма человека). Впервые описан И.И. Мечниковым.
Пиноцитоз — процесс захвата и поглощения клеткой капель жидкости с растворенными в ней веществами. Оба процесса происходят по сходному принципу: на поверхности клетки вещество окружается мембраной в виде вакуоли, которая перемещается внутрь. Оба процесса связаны с затратой энергии.