Делит все клетки (или живые организмы ) на два типа: прокариоты и эукариоты . Прокариоты - это безъядерные клетки или организмы, к которым относятся вирусы, прокариот-бактерии и сине-зеленые водоросли, у которых клетка состоит непосредственно из цитоплазмы, в которой расположена одна хромосома - молекула ДНК (иногда РНК).
Эукариотические клетки имеют ядро , в котором находятся нуклеопротеиды (белок гистон + комплекс ДНК), а также другие органоиды . К эукариотам относятся большинство современных известных науке одноклеточных и многоклеточных живых организмов (в том числе, и растений).
Строение ограноидов эукариотов.
|
Название органоида |
Строение органоида |
Функции органоида |
|---|---|---|
|
Цитоплазма |
Внутренняя среда клетки, в которой находится ядро и другие органоиды. Имеет полужидкую, мелкозернистую структуру. |
|
|
Рибосомы |
Мелкие органоиды сферической или эллипсоидной формы диаметром от 15 до 30 нанометров. |
Обеспечивают процесс синтеза молекул белка, их сборку из аминокислот. |
|
Митохондрии |
Органоиды, имеющие самую разнообразную форму - от сферической до нитевидной. Внутри митохондрий имеются складки от 0,2 до 0,7 мкм. Внешняя оболочка митохондрий имеет двухмембранную структуру. Наружная мембрана гладкая, а на внутренней имеются выросты крестообразной формы с дыхательными ферментами. |
|
|
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) |
Система оболочек в цитоплазме, которая образует каналы и полости. Бывает двух типов: гранулированная, на которой имеются рибосомы и гладкая. |
|
|
Пластиды (органоиды, свойственные только растительным клеткам) бывают трех видов: |
Двухмембранные органоиды |
|
|
Лейкопласты |
Бесцветные пластиды, которые содержатся в клубнях, корнях и луковицах растений. |
Являются дополнительным резервуаром для хранения питательных веществ. |
|
Хлоропласты |
Органоиды овальной формы, имеющие зеленый цвет. От цитоплазмы отделяются двумя трехслойными мембранами. Внутри хлоропластов находится хлорофилл. |
Преобразуют органические вещества из неорганических, используя энергию солнца. |
|
Хромопласты |
Органоиды, от желтого до бурого цвета, в которых накапливается каротин. |
Способствуют появлению у растений частей с желтой, оранжевой и красной окраской. |
|
Лизосомы |
Органоиды округлой формы диаметром около 1 мкм, имеющие на поверхности мембрану, а внутри - комплекс ферментов. |
Пищеварительная функция. Переваривают питательные частицы и ликвидируют отмершие части клетки. |
|
Комплекс Гольджи |
Может быть разной формы. Состоит из полостей, разграниченных мембранами. Из полостей отходят трубчатые образования с пузырьками на концах. |
|
|
Клеточный центр |
Состоит из центросферы (уплотненного участка цитоплазмы) и центриолей - двух маленьких телец. |
Выполняет важную функцию для деления клетки. |
|
Клеточные включения |
Углеводы, жиры и белки, которые являются непостоянными компонентами клетки. |
Запасные питательные вещества, которые используются для жизнедеятельности клетки. |
|
Органоиды движения |
Жгутики и реснички (выросты и клетки), миофибриллы (нитевидные образования) и псевдоподии (или ложноножки). |
Выполняют двигательную функцию, а также обеспечивают процесс сокращения мышц. |
Ядро клетки является главным и самым сложным органоидом клетки, поэтому его мы рассмотрим
Клетка – элементарная единица живой системы. Специфические функции в клетке распределены между органоидами – внутриклеточными структурами. Несмотря на многообразие форм, клетки разных типов обладают поразительным сходством в своих главных структурных особенностях.
Клеточная теория
По мере усовершенствования микроскопов появлялись все новые сведения о клеточном строении растительных и животных организмов.
С приходом в науку о клетке физических и химических методов исследования было выявлено удивительное единство в строении клеток разных организмов, доказана неразрывная связь между их структурой и функцией.
Основные положения клеточной теории
Клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов. Клетки всех одно - и многоклеточных организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным проявлением жизнедеятельности и обмену веществ. Размножаются клетки путём деления. В многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемым функциям и образуют ткани. Из тканей состоят органы.
В качестве подтверждения некоторых из приведенных выше положений клеточной теории назовем общие черты, характерные для животной и растительной клеток.
Общие признаки растительной и животной клетки
Единство структурных систем – цитоплазмы и ядра. Сходство процессов обмена веществ и энергии. Единство принципа наследственного кода. Универсальное мембранное строение. Единство химического состава. Сходство процесса деления клеток.
Таблица Отличительные признаки растительной и животной клетки
Признаки | Растительная клетка | Животная клетка |
Пластиды | Хлоропласты, хромопласты, лейкопласты | Отсутствует |
Способ питания | Автотрофный (фототрофный, хемотрофный). | Гетеротрофный (сапротрофный, хемотрофный). |
Синтез АТФ | В хлоропластах, митохондриях. | В митохондриях. |
Расщепление АТФ | В хлоропластах и всех частях клетки, где необходимы затраты энергии. |
|
Клеточный центр | У низших растений. | Во всех клетках. |
Целлюлозная клеточная стенка | Расположена снаружи от клеточной мембраны. | Отсутствует. |
Включение | Запасные питательные вещества в виде зерен крахмала, белка, капель масла; в вакуоли с клеточным соком; кристаллы солей. | Запасные питательные вещества в виде зерен и капель (белки, жиры, углевод гликоген); конечные продукты обмена, кристаллы солей; пигменты. |
Крупные полости, заполненные клеточным соком – водным раствором различных веществ, являющихся запасными или конечными продуктами. Осмотические резервуары клетки. | Сократительные, пищеварительные, выделительные вакуоли. Обычно мелкие. |
Значение теории : она доказывает единство происхождения всех живых организмов на Земле.
Клеточные структуры
Рисунок Схема строения животной и растительной клеток
Органеллы | Строение | Функции |
Цитоплазма | Находится между плазматической мембраной и ядром, включает различные органоиды. Пространство между органоидами заполнено цитозолем – вязким водным раствором разных солей и органических веществ, пронизанным системой белковых нитей – цитоскелетом. | Большинство химических и физиологических процессов клетки проходит в цитоплазме. Цитоплазма объединяет все клеточные структуры в единую систему, обеспечивает взаимосвязь по обмену веществами и энергией между органоидами клетки. |
Наружная клеточная мембрана | Ультрамикроскопическая пленка, состоящая из двух мономолекулярных слоев белка и расположенного между ними бимолекулярного слоя липидов. Цельность липидного слоя может прерываться белковыми молекулами - "порами". | Изолирует клетку от окружающей среды, обладает избирательной проницаемостью, регулирует процесс поступления веществ в клетку; обеспечивает обмен веществ и энергии с внешней средой, способствует соединению клеток в ткани, участвует в пиноцитозе и фагоцитозе; регулирует водный баланс клетки и выводит из нее конечные продукты жизнедеятельности. |
Эндоплазматическая сеть (ЭС) | Ультрамикроскопическая система мембран образующих трубочки, канальцы, цистерны, пузырьки. Строение мембран универсальное (как и наружной), вся сеть объединена в единое целое с наружной мембраной ядерной оболочки и наружной клеточной мембраной. Гранулярная ЭС несет рибосомы, гладкая лишена их. | Обеспечивает транспорт веществ, как в нутрии клетки, так и между соседними клетками. Делит клетку на отдельные секции, в которых одновременно происходят различные физиологические процессы и химические реакции. Гранулярная ЭС участвует в синтезе белка. В каналах ЭС образуются сложные молекулы белка, синтезируются жиры, транспортируются АТФ. |
Рибосомы | Мелкие сферические органоиды, состоящие из рРНК и белка. | На рибосомах синтезируются белки. |
Аппарат Гольджи | Микроскопические одномембранные органеллы, состоящие из стопочки плоских цистерн, по краям которых ответвляются трубочки, отделяющие мелкие пузырьки. | В общей системе мембран любых клеток – наиболее подвижная и изменяющаяся органелла. В цистернах накапливаются продукты синтеза распада и вещества, поступившие в клетку, а также вещества, которые выводятся из клетки. Упакованные в пузырьки, они поступают в цитоплазму: одни используются, а другие выводятся наружу. |
Лизосомы | Микроскопические одномембранные органеллы округлой формы. Их число зависит от жизнедеятельности клетки и ее физиологического состояния. В лизосомах находятся лизирующие (растворяющие) ферменты, синтезированные на рибосомах. | Переваривание пищи, попавшей в животную клетку при фагоцитозе и пиноцитозе. Защитная функция. В клетках любых организмов осуществляют автолиз (саморастворение органелл) особенно в условиях пищевого или кислородного голодания у животных рассасывается хвост. У растений растворяются органеллы при образовании пробковой ткани сосудов древесины. |
Выводы по лекции
Важным достижением биологической науки является формирование представлений о строении и жизнедеятельности клетки как структурной и функциональной единице организма. Наука, изучающая живую клетку во всех ее проявлениях, называется цитологией . Первые этапы развития цитологии, как области научного знания, были связаны с трудами Р. Гука, А. Левенгука, Т. Шванна, М. Шлейдена, Р. Вирхова, К. Бэра. Итогом их деятельности явилось формулирование и развитие основных положений клеточной теории. В процессах жизнедеятельности клетки принимают непосредственное участие разнообразные клеточные структуры. Цитоплазма обеспечивает деятельность всех клеточных структур как единой системы. Цитоплазматическая мембрана обеспечивает пропускную избирательность веществ в клетке и защищает ее от внешней среды. ЭС обеспечивает транспорт веществ как внутри клетки, так и между соседними клетками. В цистернах Аппарата Гольджи накапливаются продукты синтеза и распада веществ, поступившие в клетку, а также вещества, которые выводятся из клетки. В лизосомах происходит расщепление веществ, попавших в клетку.
Вопросы для самоконтроля
Используя знания о клеточной теории, докажите единство происхождения жизни на Земле. В чем сходство и различие в строении растительной и животной клеток? Как связано строение клеточной мембраны с ее функциями? Как происходит активное поглощение веществ клеткой? Какова связь между рибосомами и ЭС? Каковы строение и функции лизосом в клетке?
Клеточные структуры: митохондрии, пластиды, органоиды движения, включения. Ядро
Таблица Клеточные органеллы, их строение и функции
Органеллы | Строение | Функции |
Митохондрии | Микроскопические органеллы, имеющие двухмембранное строение. Внешняя мембрана гладкая, внутренняя образует различной формы выросты – кристы. В матриксе митохондрии (полужидком веществе) находятся ферменты, рибосомы, ДНК, РНК. | Универсальная органелла является дыхательным и энергетическим центром. В процессе кислородного (окислительного) этапа в матриксе с помощью ферментов происходит расщепление органических веществ с освобождением энергии, которая идет на синтез АТФ на (кристах). |
Лейкопласты | Микроскопические органеллы, имеющие двухмембранное строение. Внутренняя мембрана образует 2–3 выроста. Форма – округлая. Бесцветны. | Характерны для растительных клеток. Служат местом отложения запасных питательных веществ, главным образом крахмальных зерен. На свету их строение усложняется, и они преобразуются в хлоропласты. Образуются из пропластид. |
Хлоропласты | Микроскопические органеллы, имеющие двухмембранное строение. Наружная мембрана гладкая. Внутренняя мембрана образует систему двухслойных пластин – тилакоидов стромы и тилакоидов гран. В мембранах тилакоидов гран между слоями молекул белков и липидов сосредоточены пигменты – хлорофилл и каротиноиды. В белково-липидном матриксе находятся собственные рибосомы, ДНК, РНК. | Характерны для растительных клеток органеллы фотосинтеза, способные создавать из неорганических веществ (CO2 и H2O) при наличии световой энергии и пигмента хлорофилла органические вещества – углеводы и свободный кислород. Синтез собственных белков. Могут образовываться из пластид или лейкопластов, а осенью перейти в хлоропласты (красные и оранжевые плоды, красные и желтые листья). |
Хромопласты | Микроскопические органеллы, имеющие двухмембранное строение. Собственно хромопласты имеют шаровидную форму, а образовавшиеся из хлоропластов, принимают форму кристаллов каратинондов, типичную для данного вида растения. Окраска красная, оранжевая, желтая. | Характерны для растительных клеток. Придают лепесткам цветков окраску, привлекательную для насекомых-опылителей. В осенних листьях и зрелых плодах отделяющихся от растений, содержатся кристаллические каротиноиды?– конечные продукты обмена. |
Клеточный центр | Ультрамикроскопическая органелла немембранного строения. Состоит из двух центриолей. Каждая имеет цилиндрическую форму, стенки образованы девятью триплетами трубочек, а в середине находится однородное вещество. Центриоли расположены перпендикулярно друг другу. | Принимает участие в делении клеток животных и низших растений. В начале деления (в профазе) центриоли расходятся к разным полюсам клетки. От центриолей к центромерам хромосом отходят нити веретена деления. В анафазе эти нити притягивают хроматиды к полюсам. После окончания деления центриоли остаются в дочерних клетках. Удваиваются и образуют клеточный центр. |
Клеточные включения (непостоянные структуры) | Плотные в виде гранул включения, имеющие мембрану (например, вакуоли). | |
Органоиды движения | Реснички – многочисленные цитоплазмические выросты на поверхности мембраны. | Удаление частичек пыли (реснитчатые эпителии верхних дыхательных путей), передвижение (одноклеточные организмы). |
Жгутики – единичные цитоплазматические выросты на поверхности клетки. | Передвижение (сперматозоиды, зооспоры, одноклеточные организмы). |
|
Ложные ножки (псевдоподии) – амебовидные выступы цитоплазмы. | Образуются у животных в разных местах цитоплазмы для захвата пищи, для передвижения. |
|
Миофибриллы – тонкие нити до 1 см. длиной и больше. | Служат для сокращения мышечных волокон, вдоль которых они расположены. |
|
Цитоплазма, осуществляющая струйчатое и круговое движение. | Перемещение органелл клетки по отношению к (при фотосинтезе), тепла, химического раздражителя. |
Рисунок Схема состав и функции клеточных включений
Фагоцитоз – захват плазматической мембраной твёрдых частиц и втягивание их внутрь.
Плазматическая мембрана образует впячивание в виде тонкого канальца, в который попадает жидкость с растворёнными в ней веществами. Этот способ называют пиноценозом .
Ядро
Все организмы, имеющие клеточное строение без оформленного ядра называются прокариотами . Все организмы, имеющие клеточное строение с ядром называются эукариотами .
Таблица Ядерные структуры, их строение и функции
Структуры | Строение | Функции |
Ядерная оболочка | Двухслойная пористая. Наружная мембрана переходит в мембраны ЭС. Свойственна всем клеткам животных и растений, кроме бактерий и сине-зеленых, которые не имеют ядра. | Отделяет ядро от цитоплазмы. Регулирует транспорт веществ из ядра в цитоплазму (РНК и субъединицы рибосом) и из цитоплазмы в ядро (белки, жир, углеводы, АТФ, вода, ионы). |
Хромосомы (хроматин) | В интерфазной клетке хроматин имеет вид мелкозернистых нитевидных структур, состоящих из молекул ДНК и белковой обкладки. В делящихся клетках хроматиновые структуры спирализуются и образуют хромосомы. Хромосома состоит из двух хроматид, и после деления ядра становится однохроматидной. К началу следующего деления у каждой хромосомы достраивается вторая хроматида. Хромосомы имеют первичную перетяжку, на которой расположена центромера; перетяжка делит хромосому на два плеча одинаковой или разной длины. У ядрышковых хромосом есть вторичная перетяжка. | Хроматиновые структуры – носители ДНК. ДНК состоит из участков – генов, несущих наследственную информацию и передающихся от предков к потомкам через половые клетки. Совокупность хромосом, а, следовательно, и генов половых клеток родителей передается детям, что обеспечивает устойчивость признаков, характерных для данной популяции, вида. В хромосомах синтезируется ДНК, РНК, что служит необходимым фактором передачи наследственной информации при делении клеток и построении молекул белка. |
Шаровидное тело, напоминающее клубок нити. Состоит из белка и РНК. Образуется на вторичной перетяжке ядрышковой хромосомы. При делении клеток распадается. | Формирование половинок рибосом из рРНК и белка. Половинки (субъединицы) рибосом через поры в ядерной оболочке выходят в цитоплазму и объединяются в рибосомы. |
|
Ядерный сок (кариолимфа) | Полужидкое вещество, представляющее коллоидный раствор белков, нуклеиновых кислот, углеводов, минеральных солей. Реакция кислая. | Участвует в транспорте веществ и ядерных структур, заполняет пространство между ядерными структурами; во время деления клеток смешивается с цитоплазмой. |
Рисунок Схема строения ядра клетки
Функции ядра клетки:
- регуляция процессов обмена веществ в клетке; хранение наследственной информации и ее воспроизводство; синтез РНК; сборка рибосом.
Выводы по лекции
В митохондриях происходит расщепление органических веществ с освобождением энергии, которая идет на синтез АТФ. Важную роль играют пластиды в обеспечении процессов жизнедеятельности растительной клетки. К органоидам движения относят клеточные структуры: реснички, жгутики, миофибриллы. Все клеточные организмы делятся на прокариоты (безъядерные) и эукариоты (с ядром). Ядро представляет собой структурный и функциональный центр, координирующий ее обмен веществ, руководящий процессами самовоспроизведения и хранения наследственной информации.
Вопросы для самоконтроля
Почему митохондрии образно называют "силовыми станциями" клетки? Какие структуры клетки способствуют ее движению? Что относится к клеточным включениям? Какова их роль? Каковы функции ядра в клетке?
Органические вещества в составе клетки (углеводы, белки, липиды, нуклеиновые кислоты, АТФ, витамины и др.)
Биологические полимеры – органические соединения, входящие в состав клеток живых организмов. Полимер – многозвенная цепь простых веществ – мономеров (n ÷ 10тыч. – 100тыс. моном.)
Свойства биополимеров зависят от строения их молекул, от числа и разнообразия мономерных звеньев.
Если мономеры разные, то повторяющиеся чередования их в цепи создают регулярный полимер.
…А – А – В – А – А – В… регулярный
…А – А – В – В – А – В – А… нерегулярный
Углеводы
Общая формула Сn(H2O)m
Углеводы в организме человека играют роль энергетических веществ. Самые важные из них – сахароза, глюкоза, фруктоза , а также крахмал . Они быстро усваиваются ("сгорают") в организме. Исключение составляет клетчатка (целлюлоза), которой особенно много в растительной пище. Она практически не усваивается организмом, но имеет большое значение: выступает в роли балласта и помогает пищеварению, механически очищая слизистые оболочки желудка и кишечника. Углеводов много в картофеле и овощах, крупах, макаронных изделиях, фруктах и хлебе.
Глюкоза, рибоза, фруктоза, дезоксирибоза - моносахариды
Сахароза - дисахариды
Крахмал, гликоген, целлюлоза - полисахариды
Нахождение в природе: в растениях, фруктах, в цветочной пыльце, овощах (чеснок, свекла), картофеле, рисе, кукурузе, зерне пшеницы, древесине…
Их функции:
- энергетическая: при окислении до СО2 и Н2О высвобождается энергия; избыток энергии запасается в клетках печени и мышц в виде гликогена; строительная: в растительной клетке – прочная основа клеточных стенок (целлюлоза); структурная: входят в состав межклеточного вещества кожи сухожилий хрящей; узнавание клетками др.: в составе клеточных мембран, если разделённые клетки печени смешать с клетками почек, то они самостоятельно разойдутся на две группы благодаря взаимодействию однотипных клеток.
Липиды (липоиды, жиры)
К липидам относятся разнообразные жиры, жироподобные вещества, фосфорлипиды… Все они нерастворимы в воде, но растворимы в хлороформе, эфире…
Нахождение в природе: в клетках животных и человека в клеточной мембране; между клетками – подкожный слой жира.
Функции:
- теплоизоляционная (у китов, ластоногих …); запасное питательное вещество; энергетическая: при гидролизе жиров выделяется энергия; структурная: некоторые липиды служат составной частью клеточных мембран.
Жиры тоже служат для человеческого организма источником энергии. Их организм откладывает "про запас" и они служат энергетическим источником долговременного пользования. Кроме того, жиры обладают низкой теплопроводностью и предохраняют организм от переохлаждения. Неудивительно, что в традиционном рационе северных народов так много животных жиров. Для людей, занятых тяжелым физическим трудом, затраченную энергию тоже проще всего (хотя и не всегда полезней) компенсировать жирной пищей. Жиры входят в состав клеточных стенок, внутриклеточных образований, в состав нервной ткани. Еще одна функция жиров – поставлять в ткани организма жирорастворимые витамины и другие биологически активные вещества.
Белки
Рисунок 1.2.1. Молекула белка
Если в R заменить ещё один Н на аминогруппу NH2, получим аминокислоту:
Белки – биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты.
Образование линейных молекул белков происходит в результате реакций аминокислот др. с др.
Источниками белков могут служить не только животные продукты (мясо, рыба, яйца, творог), но и растительные, например, плоды бобовых (фасоль, горох, соя, арахис, которые содержат до 22–23% белков по массе), орехи и грибы. Однако больше всего белка в сыре (до 25 %), мясных продуктах (в свинине 8–15 %, баранине 16–17 %, говядине 16–20 %), в птице (21 %), рыбе (13–21 %), яйцах (13 %), твороге(14 %). Молоко содержит 3 % белков, а хлеб 7–8 %. Среди круп чемпион по белкам – гречневая крупа (13 % белков в сухой крупе), поэтому именно ее рекомендуют для диетического питания. Чтобы избежать "излишеств" и в то же время обеспечить нормальную жизнедеятельность организма, надо, прежде всего, дать человеку с пищей полноценный по ассортименту набор белков. Если белков в питании недостает, взрослый человек ощущает упадок сил, у него снижается работоспособность, его организм хуже сопротивляется инфекции и простуде. Что касается детей, то они при неполноценном белковом питании сильно отстают в развитии: дети растут, а белки – основной "строительный материал " природы. Каждая клетка живого организма содержит белки. Мышцы, кожа, волосы, ногти человека состоят главным образом из белков. Более того, белки – основа жизни, они участвуют в обмене веществ и обеспечивают размножение живых организмов.
Строение:
- первичная структура – линейная, с чередованием аминокислот; вторичная – в виде спирали со слабыми связями между витками (водородными); третичная – спираль свёрнутая в клубок; четвертичная – при объединении нескольких цепей, различных по первичной структуре.
При радиации, больших температурах, экстремальных значениях pH, в спирте, ацетоне белок разрушается - реакция денатурации.
Таблица 1.2.1. Строение белка
| Первичная структура – определенная последовательность α-аминокислотных остатков в полипептидной цепи |
Вторичная структура – конформация полипептидной цепи, закрепленная множеством водородных связей между группами N-H и С=О. Одна из моделей вторичной структуры – α-спираль, обусловленная кооперативными внутримолекулярными Н-связями. Другая модель – b-форма ("складчатый лист"), в которой преобладают межцепные (межмолекулярные) Н-связи |
|
| Третичная структура - форма закрученной спирали в пространстве, образованная главным образом за счет дисульфидных мостиков - S-S-, водородных связей, гидрофобных и ионных взаимодействий |
| Четвертичная структура – агрегаты нескольких белковых макромолекул (белковые комплексы), образованные за счет взаимодействия разных полипептидных цепей |
Функции:
- строительная: белки являются обязательным компонентом всех клеточных структур; структурная: белки в соединении с ДНК составляют тело хромосом, а с РНК – тело рибосом; ферментативная: катализатором хим. реакций выступает любой фермент – белок, но очень специфичный; транспортная: перенос О2, гормонов в теле животных и человека; регуляторная: белки могут выполнять регуляторную функцию, если они являются гормонами. Например инсулин (гормон, поддерживающий работу поджелудочной железы) активизирует захват клетками молекул глюкозы и расщепление или запасание их внутри клетки. При недостатке инсулина глюкоза накапливается в крови, развивая диабет; защитная: при попадании инородных тел в организме вырабатываются защитные белки – антитела , которые связываются с чужеродными, соединяются и подавляют их жизнедеятельность. Такой механизм сопротивления организма называют иммунитетом; энергетическая: при недостатке углевода и жиров могут окислиться молекулы аминокислот.
Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) – универсальный переносчик и основной аккумулятор энергии в живых кленках, который необходим для синтеза органических веществ, движения, производства тепла, нервных импульсов, свечений. АТФ содержится во всех клетках растений и животных.
Представляет собой нуклеотид, образованный остатками азотистого основания (аденина), сахара (рибозы) и тремя остатками фосфорной кислоты.
АТФ – нестабильная молекула: при отщеплении концевого остатка фосфорной кислоты. АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту), при этом выделяется около 30,5 кДж.
Рисунок 1.2.2. Строение молекулы АТФ
Гормоны органические соединения, которые могут иметь белковую природу (гормоны поджелудочной железы) и могут относиться к липидам (половые гормоны), могут быть производными аминокислот. Гормоны образуются как животными, так и растениями. Гормоны осуществляют разнообразные функции:
- регулируют содержание ионов натрия, воды в организме; обеспечивают половое созревание; гормоны тревоги и стресса усиливают выход глюкозы в кровь и, следовательно, обуславливают активное использование энергии; сигнальные гормоны сообщают о нахождении пищи, об опасности; у растений свои гормоны, ускоряющие созревание плодов, привлекающие насекомых.
Нуклеиновые кислоты – биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.
Рисунок 1.2.3. Синтез нуклеиновых кислот
Рисунок 1.2.4. Схематическое строение ДНК (многоточием обозначены водородные связи)
Молекула ДНК представляет собой структуру, состоящую из двух нитей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями. (рис. 1.2.4)
Рисунок 1.2.5. Участок молекулы ДНК
Особенностью структуры ДНК является то, что против азотистого основания А в одной цепи лежит азотистое основание Т в другой цепи, а против азотистого основания Г всегда расположено азотистое основание Ц. Сказанное можно показать в виде схемы:
Эти пары оснований называют комплементарными основаниями (дополняющими друг друга). Нити ДНК, в которых основания расположены комплементарно друг другу, называют комплементарными нитями. На рис. 1.2.5 приведены две нити ДНК, которые соединены комплементарными участками.
Порядок расположения нуклеотидов в молекулах ДНК определяет порядок расположения аминокислот в линейных молекулах белков.
Таблица Сравнительная характеристика ДНК и РНК
Признаки сравнения | ||
Местонахождение в клетке | Ядро, митохондрии, хлоропласты | Ядро, рибосомы, цитоплазмы, митохондрии, хлоропласты |
Местонахождение в ядре | Хромосомы | |
Строение макромолекулы | Двойной неразветвленный линейный полимер, свернутый правозакрученной спиралью | Одинарная полинуклеотидная цепочка |
Состав нукотидов | Азотистое основание (аденин, гуанин, тимин, цитозин); дезоксирибоза (углевод); остаток фосфорной кислоты | Азотистое основание (аденин, гуанин, урацил, цитозин); рибоза (углевод); остаток фосфорной кислоты |
Химическая основа хромосомного генетического материала (гена); синтез ДНК и РНК, информация о структуре белков | Информационная (иРНК) передает код наследственной информации о первичной структуре белковой молекулы; рибосомальная (рРНК) входит в состав рибосом; транспортная (тРНК) переносит аминокислоты к рибосомам. |
Витамины
Еще в конце 19 века ученые обнаружили, что страшная болезнь бери - бери, при которой происходит поражение нервной системы, вызвана нехваткой какого-то особого вещества в пище. В 1912 г. польский исследователь Казимеж Функ (1884–1967) выделил вещество из рисовых отрубей и назвал его витамином (от лат. vita – "жизнь"). Так называют химические соединения, которые требуются для нормальной жизнедеятельности организма в очень незначительных количествах. Организм "не умеет" самостоятельно синтезировать витамины. Поэтому очень важно пополнять организм витаминосодержащими продуктами питания. Недостаток витаминов в организме является причиной тяжелого заболевания – авитаминоза .
Здоровый человек в нормальных жизненных условиях должен стараться полностью покрывать свою потребность в витаминах за счет разнообразного и полноценного питания. Обращаться к аптечным препаратам, содержащим витамины, следует в тех случаях, когда вы испытываете постоянный или сезонный (осенью, весной) дефицит витаминов, а также при тяжелых стрессах. Бессистемное самодеятельное "поедание" витаминных пилюль может вызвать неприятные последствия в виде гипервитаминоза, когда даже необходимое количество витаминов не усваивается, а выводится организмом.
Витамины
Еще в конце 19 века ученые обнаружили, что страшная болезнь бери-бери, при которой происходит поражение нервной системы, вызвана нехваткой какого-то особого вещества в пище. В 1912 г. польский исследователь Казимеж Функ (1884–1967) выделил такое вещество из рисовых отрубей и назвал его витамином (от лат. vita – "жизнь"). Сейчас хорошо изучены около 25 витаминов. Химический состав и названия их очень сложны, поэтому им присвоили буквенные символы. Принято все витамины разделять на две большие группы: водорастворимые и жирорастворимые .
Среди водорастворимых витаминов главные:
1. В1 – тиамин , впервые найденный в белокочанной капусте; потом его обнаружили также в некоторых крупах, сырой рыбе, дрожжах и проросшей пшенице. Этот витамин регулирует обмен веществ, нервную деятельность и ответствен за состояние сердечно-сосудистой системы. Отсутствие В1 в пище вызывает бери-бери – тяжелейшую болезнь суставов, сопряженную с поражением нервной системы, сердца и сосудов. Бери-бери распространена в тех регионах Юго-Восточной Азии, где население питается скудно и однообразно, в основном лишь очищенным рисом, в котором витамина В1 почти нет. Суточная потребность организма в витамине В1 – 1,5–2,0 мг.
2. В2 – рибофлавин . Регулирует обмен веществ, повышает остроту зрения, улучшает функцию печени и нервной системы, а также состояние кожи. Источники витамина В2 – дрожжи, мясо, рыба, печень и другие субпродукты (почки, сердце, язык), яичный желток, молочные продукты, бобовые и многие крупы. Суточная потребность организма в витамине В2 – 2,0–2,5 мг;
3. РР – никотиновая кислота (ниацин) регулирует клеточное дыхание и сердечную деятельность. Источником витамина РР служат дрожжи, мясные и молочные продукты, зерновые культуры. Кроме того, это один из немногих витаминов, которые могут образовываться в организме человека. Витамин РР образуется из триптофана – аминокислоты, входящей в состав поступающих с пищей белков. Суточная потребность организма в витамине РР – 15–20 мг;
4. В6 – пиридоксин , участвует в обменных процессах, необходим для усвоения аминокислот и для синтеза из триптофана витамина РР. Суточная потребность организма в витамине В6 – 2 мг;
5. ВC – фолацин , фолиевая кислота и ее производные, регулируют кроветворение и жировой обмен. Содержится в печени, дрожжах, многих овощах (зелени петрушки, шпината, в листовом салате). Суточная потребность организма в витамине ВC – 2,0–2,5 мг.
6. В12 – цианкобаламин . Предупреждает малокровие. Присутствует в говяжьей и свиной печени, мясе кроликов и кур, яйцах, рыбе, молоке. Суточная потребность организма в витамине В12 – 3 мг.
7. С – аскорбиновая кислота , предохраняет от цинги, повышает иммунитет. Источники этого витамина в питании – свежие и консервированные овощи, фрукты, ягоды. Особенно богаты "аскорбинкой" плоды шиповника, смородина, петрушка, укроп, а среди дикорастущих – крапива, кислица, черемша. Аскорбиновая кислота неустойчива: на воздухе она легко окисляется до дегидроаскорбиновой кислоты, не имеющей витаминных свойств. Это надо учитывать при кулинарной обработке овощей и фруктов. Суточная потребность организма в витамине С – 75–100 мг.
8. Р – рутин (биофлавоноид) сосудоукрепляющее средство, проявляет активность вместе с витамином С. Особенно много его в смородине, шиповнике, черноплодной рябине (аронии), цитрусовых и зеленом чае. Суточная потребность организма в витамине Р – 25–50 мг.
Среди жирорастворимых витаминов наиболее важны:
1. А – ретинол и его производные, улучшает состояние кожи и слизистых оболочек глаз, повышает иммунитет, а главное, обеспечивает остроту зрения в сумерках. При недостатке витамина А возникает "куриная слепота" (человек плохо видит в вечернее время). Ретинол содержится в молоке, сливочном масле, сыре, рыбьем жире, а также может синтезироваться в печени человека из провитамина А – каротина, источником которого являются морковь, томаты и облепиха. Суточная потребность организма в витамине А – 1,5 – 2,0 мг (или 6 мг каротина);
2. D – эргокальциферол , оказывает противорахитное действие и помогает усвоению кальция. Он совершенно необходим растущему организму в период формирования и развития костей и зубов. Витамин D содержится в рыбьем жире, икре, сливочном масле, яйцах, молоке. Помимо этого, он образуется в организме под влиянием солнечных лучей. Суточная потребность организма в витамине D – 0,01 мг.
3. Е – токоферол , влияет на функции половых желез и способствует нормальному протеканию беременности , способствует усвоению жирорастворимых витаминов, участвует в обмене веществ. Содержится в растительном масле, гречневой крупе, бобовых. Суточная потребность организма в витамине Е – 12–15 мг.
4. К – антигеморрагический фактор , регулирует свертываемость крови, предотвращает возникновение кровотечений. Источниками этого витамина служат картофель, капуста, тыква, шпинат, щавель, печень. Суточная потребность организма в витамине К – 0,2–0,3 мг.
Выводы по лекции
К основным органическим веществам в составе клетки относят белки, углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты и АТФ. Углеводы в жизни растений, животных, грибов и микроорганизмов играют роль энергетических веществ. Жиры – основной структурный компонент клеточных мембран и источник энергии. Они претерпевают в клетке сложные превращения. Белки - биологические полимеры, мономерами которых являются 20 важнейших аминокислот, выполняют ряд важнейших функций в клетке. Строительная: белки являются обязательным компонентом всех клеточных структур; структурная: белки в соединении с ДНК составляют тело хромосом, а с РНК – тело рибосом; ферментативная: катализатор хим. реакций – специфичный фермент – белок; транспортная: перенос О2, гормонов в теле животных и человека; регуляторная: (гормоны) часть гормонов – белки, например инсулин, – гормон, поддерживающий железы, активизирует захват клетками молекул глюкозы и расщепление или запасание их внутри клетки. При недостатке инсулина глюкоза накапливается в крови, развивая диабет; защитная: при попадании инородных тел в организм вырабатываются защитные белки – антитела, которые связываются с чужеродными, соединяются и подавляют их жизнедеятельность. Такой механизм сопротивления организма называют иммунитетом; энергетическая: при недостатке углевода и жиров могут окислится молекулы аминокислот. ДНК – молекулы наследственности, состоят из мономеров – нуклеотидов. Нуклеотиды ДНК и РНК имеют черты сходства и различия в строении и выполняют разные функции. Выявлено большое значение витаминов для организмов.
Вопросы для самоконтроля
Какие углеводы характерны для растительной клетки, для животной клетки? Укажите функции углеводов. Охарактеризуйте строение молекул белков в связи с их функциями в клетке. Что собой представляет первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура белковой молекулы? В чем особенность строения молекулы ДНК? Какие компоненты входят в состав нуклеотидов? Какие функции выполняют ДНК и РНК?
По материалам сайта http://umka. *****
Элементарной и функциональной единицей всего живого на нашей планете является клетка. В данной статье Вы подробно узнаете об её строении, функциях органоидов, а также найдёте ответ на вопрос: «Чем отличается строение клеток растений и животных?».
Строение клетки
Наука, которая изучает строение клетки и её функции, называется цитологией. Несмотря на свои незначительные размеры, данные части организма имеют сложную структуру. Внутри находится полужидкое вещество, именуемое цитоплазмой. Здесь проходят все жизненно важные процессы и располагаются составляющие части - органоиды. Узнать об их особенностях Вы сможете далее.
Ядро
Самой важной частью является ядро. От цитоплазмы его отделяет оболочка, которая состоит из двух мембран. В них имеются поры, чтобы вещества могли попадать из ядра в цитоплазму и наоборот. Внутри находится ядерный сок (кариоплазма), в котором располагается ядрышко и хроматин.
Рис. 1. Строение ядра.
Именно ядро управляет жизнедеятельностью клетки и хранит генетическую информацию.
Функциями внутреннего содержимого ядра являются синтезирование белка и РНК. Из них образуются особые органеллы - рибосомы.
Рибосомы
Располагаются вокруг эндоплазматической сети, при этом делая её поверхность шероховатой. Иногда рибосомы свободно располагаются в цитоплазме. К их функциям относится биосинтез белка.
ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой
Эндоплазматическая сеть
ЭПС может иметь шероховатую либо гладкую поверхность. Шероховатая поверхность образуется за счёт наличия рибосом на ней.
К функциям ЭПС относится синтез белка и внутренняя транспортировка веществ. Часть образованных белков, углеводов и жиров по каналам эндоплазматической сети поступает в особые ёмкости для хранения. Называются эти полости аппаратом Гольджи, представлены они в виде стопок «цистерн», которые отделены от цитоплазмы мембраной.
Аппарат Гольджи
Чаще всего располагается вблизи ядра. В его функции входит преобразование белка и образование лизосом. В данном комплексе хранятся вещества, которые были синтезированы самой клеткой для потребностей всего организма, и позднее выведутся из неё.
Лизосомы представлены в виде пищеварительных ферментов, которые заключены с помощью мембраны в пузырьки и разносятся по цитоплазме.
Митохондрии
Эти органоиды покрыты двойной мембраной:
- гладкая - наружная оболочка;
- кристы - внутренний слой, имеющий складки и выступы.
Рис. 2. Строение митохондрий.
Функциями митохондрий является дыхание и преобразование питательных веществ в энергию. В кристах находится фермент, который синтезирует из питательных веществ молекулы АТФ. Это вещество является универсальным источником энергии для всевозможных процессов.
Клеточная стенка отделяет и защищает внутреннее содержимое от внешней среды. Она поддерживает форму, обеспечивает взаимосвязь с другими клетками, обеспечивает процесс обмена веществ. Состоит мембрана из двойного слоя липидов, между которыми находятся белки.
Сравнительная характеристика
Растительная и животная клетка отличаются друг от друга своим строением, размерами и формами. А именно:
- клеточная стенка у растительного организма имеет плотное строение за счёт наличия целлюлозы;
- у растительной клетки есть пластиды и вакуоли;
- животная клетка имеет центриоли, которые имеют значение в процессе деления;
- наружная мембрана животного организма гибкая и может приобретать различные формы.
Рис. 3. Схема строения растительной и животной клетки.
Подытожить знания про основные части клеточного организма поможет следующая таблица:
Таблица «Строение клетки»
|
Органоид |
Характеристика |
Функции |
|
Имеет ядерную оболочку, внутри которой содержится ядерный сок с ядрышком и хроматином. |
Транскрипция и хранение ДНК. |
|
|
Плазматическая мембрана |
Состоит из двух слоёв липидов, которые пронизаны белками. |
Защищает содержимое, обеспечивает межклеточные обменные процессы, реагирует на раздражитель. |
|
Цитоплазма |
Полужидкая масса, содержащая липиды, белки, полисахариды и пр. |
Объединение и взаимодействие органелл. |
|
Мембранные мешочки двух типов (гладкие и шероховатые) |
Синтез и транспортировка белков, липидов, стероидов. |
|
|
Аппарат Гольджи |
Располагается возле ядра в виде пузырьков или мембранных мешочков. |
Образует лизосомы, выводит секреции. |
|
Рибосомы |
Имеют белок и РНК. |
Образуют белок. |
|
Лизосомы |
В виде мешочка, внутри которого находятся ферменты. |
Переваривание питательных веществ и отмерших частей. |
|
Митохондрии |
Снаружи покрыты мембраной, содержат кристы и многочисленные ферменты. |
Образование АТФ и белка. |
|
Пластиды |
Покрыты мембраной. Представлены тремя видами: хлоропласты, лейкопласты, хромопласты. |
Фотосинтез и запас веществ. |
|
Мешочки с клеточным соком. |
Регулируют давление и сохраняют питательные вещества. |
|
|
Центриоли |
Имеет ДНК, РНК, белки, липиды, углеводы. |
Участвует в процессе деления, образуя веретено деления. |
Что мы узнали?
Живой организм состоит из клеток, которые имеют достаточно сложное строение. Снаружи она покрыта плотной оболочкой, которая защищает внутреннее содержимое от воздействия внешней среды. Внутри находится ядро, регулирующее все происходящие процессы и хранящее генетический код. Вокруг ядра расположена цитоплазма с органоидами, каждый из которых имеет свои особенности и характеристику.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.3 . Всего получено оценок: 1075.
Наука, изучающая строение и функции клеток, называется цитология .
Клетка - элементарная структурная и функциональная единица живого.
Клетки, несмотря на свои малые размеры, устроены очень сложно. Внутреннее полужидкое содержимое клетки получило название цитоплазмы .
Цитоплазма является внутренней средой клетки, где проходят различные процессы и расположены компоненты клетки - органеллы (органоиды).
Клеточное ядро
Клеточное ядро - это важнейшая часть клетки.
От цитоплазмы ядро отделено оболочкой, состоящей из двух мембран. В оболочке ядра имеются многочисленные поры для того, чтобы различные вещества могли попадать из цитоплазмы в ядро, и наоборот.
Внутреннее содержимое ядра получило название кариоплазмы
или ядерного сока
. В ядерном соке расположены хроматин
и ядрышко
.
Хроматин
представляет собой нити ДНК. Если клетка начинает делиться, то нити хроматина плотно накручиваются спиралью на особые белки, как нитки на катушку. Такие плотные образования хорошо видны в микроскоп и называются хромосомами
.
Ядро содержит генетическую информацию и управляет жизнедеятельностью клетки.
Ядрышко
представляет собой плотное округлое тело внутри ядра. Обычно в ядре клетки бывает от одного до семи ядрышек. Они хорошо видны между делениями клетки, а во время деления - разрушаются.
Функция ядрышек - синтез РНК и белков, из которых формируются особые органоиды - рибосомы .
Рибосомы участвуют в биосинтезе белка. В цитоплазме рибосомы чаще всего расположены на шероховатой эндоплазматической сети . Реже они свободно взвешены в цитоплазме клетки.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) участвует в синтезе белков клетки и транспортировке веществ внутри клетки.
Значительная часть синтезируемых клеткой веществ (белков, жиров, углеводов) не расходуется сразу, а по каналам ЭПС поступает для хранения в особые полости, уложенные своеобразными стопками, “цистернами”, и отграниченные от цитоплазмы мембраной. Эти полости получили название аппарат (комплекс) Гольджи
. Чаще всего цистерны аппарата Гольджи расположены вблизи от ядра клетки.
Аппарат Гольджи
принимает участие в преобразовании белков клетки и синтезирует лизосомы
- пищеварительные органеллы клетки.
Лизосомы
представляют собой пищеварительные ферменты, “упаковываются” в мембранные пузырьки, отпочковываются и разносятся по цитоплазме.
В комплексе Гольджи также накапливаются вещества, которые клетка синтезирует для нужд всего организма и которые выводятся из клетки наружу.
Митохондрии - энергетические органоиды клеток. Они преобразуют питательные вещества в энергию (АТФ), участвуют в дыхании клетки.
Митохондрии покрыты двумя мембранами: наружная мембрана гладкая, а внутренняя имеет многочисленные складки и выступы - кристы.
Плазматическая мембрана
Чтобы клетка представляла собой единую систему, необходимо, чтобы все ее части (цитоплазма, ядро, органоиды) удерживались вместе. Для этого в процессе эволюции развилась плазматическая мембрана , которая, окружая каждую клетку, отделяет ее от внешней среды. Наружная мембрана защищает внутреннее содержимое клетки - цитоплазму и ядро - от повреждений, поддерживает постоянную форму клетки, обеспечивает связь клеток между собой, избирательно пропускает внутрь клетки необходимые вещества и выводит из клетки продукты обмена.
Строение мембраны одинаково у всех клеток. Основу мембраны составляет двойной слой молекул липидов, в котором расположены многочисленные молекулы белков. Некоторые белки находятся на поверхности липидного слоя, другие - пронизывают оба слоя липидов насквозь.
Специальные белки образуют тончайшие каналы, по которым внутрь клетки или из нее могут проходить ионы калия, натрия, кальция и некоторые другие ионы, имеющие маленький диаметр. Однако более крупные частицы (молекулы пищевых веществ - белки, углеводы, липиды) через мембранные каналы пройти не могут и попадают в клетку при помощи фагоцитоза или пиноцитоза:
- В том месте, где пищевая частица прикасается к наружной мембране клетки, образуется впячивание, и частица попадает внутрь клетки, окруженная мембраной. Этот процесс называется фагоцитозом (клетки растений поверх наружной клеточной мембраны покрыты плотным слоем клетчатки (клеточной оболочкой) и не могут захватывать вещества при помощи фагоцитоза).
- Пиноцитоз отличается от фагоцитоза лишь тем, что в этом случае впячивание наружной мембраны захватывает не твердые частицы, а капельки жидкости с растворенными в ней веществами. Это один из основных механизмов проникновения веществ в клетку.
Самостоятельная биосистема, которая обладает основными свойствами всего живого. Так, она может развиваться, размножаться, двигаться, адаптироваться и изменяться. Кроме этого, любым клеткам присущ обмен веществ, специфическое строение, упорядоченность структур и функций.
Наука, которая занимается изучением клеток, - это цитология. Ее предметом являются структурные единицы многоклеточных животных и растений, одноклеточные организмы - бактерии, простейшие и водоросли, состоящие всего из одной клетки.
Если говорить об общей организации структурных единиц живых организмов, то они состоят из оболочки и ядра с ядрышком. Также в их состав входят органоиды клетки, цитоплазма. На сегодняшний день высокоразвиты разнообразные методы исследования, но ведущее место занимает микроскопия, которая позволяет изучать строение клеток и исследовать ее основные структурные элементы.
Что такое органоид?
Органоиды (их еще называют органеллами) - постоянные составляющие элементы любой клетки, которые делают ее целостной и выполняют определенные функции. Это структуры, которые являются жизненно необходимыми для поддержания ее деятельности.
К органоидам относятся ядро, лизосомы, эндоплазматическая сеть и комплекс Гольджи, вакуоли и везикулы, митохондрии, рибосомы, а также клеточный центр (центросома). Сюда также относят структуры, которые образуют цитоскелет клетки (микротрубочки и микрофиламенты), меланосомы. Отдельно следует выделить органоиды движения. Это реснички, жгутики, миофибриллы и псевдоножки.
Все эти структуры взаимосвязаны и обеспечивают скоординированную деятельность клеток. Именно поэтому на вопрос: «Что такое органоид?» - можно ответить, что это компонент, который можно приравнять к органу многоклеточного организма.
Классификация органоидов
Клетки отличаются размерами и формой, а также своими функциями, но при этом они имеют сходное химическое строение и единый принцип организации. При этом вопрос о том, что такое органоид и какие это структуры, достаточно дискуссионный. Так, например, лизосомы или вакуоли иногда не относят к клеточным органеллам.
Если говорить о классификации данных компонентов клеток, то выделяют немембранные и мембранные органоиды. Немембранные - это клеточный центр и рибосомы. Органоиды движения (микротрубочки и микрофиламенты) также лишены мембран.
В основе строения мембранных органелл лежит наличие биологической мембраны. Одномебранные и двумембранные органоиды имеют оболочку с единой структурой, которая состоит из двойного слоя фосфолипидов и белковых молекул. Она отделяет цитоплазму от внешней среды, помогает клетке сохранять форму. Стоит вспомнить, что в помимо мембраны еще есть и внешняя целлюлозная оболочка, которую называют клеточной стенкой. Она выполняет опорную функцию.
К мембранным органеллам относится ЭПС, лизосомы и митохондрии, а также лизосомы и пластиды. Их мембраны могут отличаться только по набору протеинов.
Если говорить о функциональной способности органелл, то некоторые из них способны синтезировать определенные вещества. Так, важные органоиды синтеза - митохондрии, в которых образуется АТФ. Рибосомы, пластиды (хлоропласты) и шероховатая эндоплазматическая сеть отвечают за синтез белков, гладкая ЭПС - за синтез липидов и углеводов.
Рассмотрим строение и функции органоидов более подробно.
Ядро
Данная органелла чрезвычайно важна, поскольку при ее удалении клетки перестают функционировать и погибают.
Ядро имеет двойную мембрану, в которой есть множество пор. При помощи них оно тесно связывается с эндоплазматической сетью и цитоплазмой. Данный органоид содержит хроматин - хромосомы, которые являются комплексом протеинов и ДНК. Учитывая это, можно сказать, что именно ядро является органеллой, которая отвечает за сохранение основного количества генома.
Жидкая часть ядра называется кариоплазмой. В ней содержатся продукты жизнедеятельности структур ядра. Наиболее плотная зона - ядрышко, в котором размещаются рибосомы, сложные белки и РНК, а также фосфаты калия, магния, цинка, железа и кальция. Ядрышко исчезает перед и формируется снова на последних этапах данного процесса.
Эндоплазматическая сеть (ретикулум)
ЭПС - одномембранный органоид. Он занимает половину объема клетки и состоит из канальцев и цистерн, которые связаны между собой, а также с цитоплазматической мембраной и внешней оболочкой ядра. Мембрана данного органоида имеет такую же структуру, что и плазмалема. Данная структура целостная и не открывается в цитоплазму.
Эндоплазматический ретикулум бывает гладким и гранулярным (шероховатым). На внутренней оболочке гранулярной ЭПС размещаются рибосомы, в которых проходит синтез протеинов. На поверхности гладкой эндоплазматической сети рибосомы отсутствуют, но здесь проходит синтез углеводов и жиров.
Все вещества, которые образуются в эндоплазматической сети, переносятся по системе канальцев и трубочек к местам назначения, где накапливаются и впоследствии используются в различных биохимических процессах.
Учитывая синтезирующую способность ЭПС, шероховатый ретикулум размещается в клетках, основная функция которых - образование протеинов, а гладкий - в клетках, синтезирующих углеводы и жиры. Кроме этого, в гладком ретикулуме накапливаются ионы кальция, которые нужны для нормального функционирования клеток или организма в целом.
Надо также отметить, что ЭПС является местом образования аппарата Гольджи.
Лизосомы, их функции
Лизосомы - это клеточные органоиды, которые представлены одномембранными мешочками округлой формы с гидролитическими и пищеварительными ферментами (протеазы, липазы и нуклеазы). Для содержимого лизосом характерна кислая среда. Мембраны данных образований изолируют их от цитоплазмы, предупреждая разрушение других структурных компонентов клеток. При высвобождении ферментов лизосомы в цитоплазму происходит саморазрушение клетки - автолиз.
Следует отметить, что ферменты первично синтезируются на шероховатой эндоплазматической сетке, после чего перемещаются в аппарат Гольджи. Здесь они проходят модификацию, упаковываются в мембранные пузырьки и начинают отделяться, становясь самостоятельными компонентами клетки - лизосомами, которые бывают первичными и вторичными.
Первичные лизосомы - структуры, которые отделяются от аппарата Гольджи, а вторичные (пищеварительные вакуоли) - это те, которые образуются вследствие слияния первичных лизосом и эндоцитозных вакуолей.
Учитывая такую структуру и организацию, можно выделить основные функции лизосом:
- переваривание разных веществ внутри клетки;
- уничтожение клеточных структур, которые не нужны;
- участие в процессах реорганизации клеток.
Вакуоли
Вакуоли - это одномембранные органеллы сферической формы, которые являются резервуарами воды и растворенных в ней органических и неорганических соединений. В образовании данных структур участвует аппарат Гольджи и ЭПС.
В животной клетке вакуолей немного. Они мелкие и занимают не более 5% объема. Их основная роль - обеспечение транспорта веществ по всей клетке.
Вакуоли большие и занимают до 90% объема. В зрелой клетке есть только одна вакуоль, которая занимает центральное положение. Ее мембрану называют тонопластом, а содержимое - клеточным соком. Основные функции растительных вакуолей - обеспечение напряжения клеточной оболочки, накопление различных соединений и отходов жизнедеятельности клетки. Кроме того, эти органоиды растительной клетки поставляют воду, необходимую для процесса фотосинтеза.
Если говорить о составе клеточного сока, то в него входят следующие вещества:
- запасные - органические кислоты, углеводы и протеины, отдельные аминокислоты;
- соединения, которые образуются в процессе жизнедеятельности клеток и накапливаются в них (алкалоиды, дубильные вещества и фенолы);
- фитонциды и фитогормоны;
- пигменты, за счет которых плоды, корнеплоды и лепестки цветов окрашиваются в соответствующий цвет.
Комплекс Гольджи
Строение органоидов под названием «аппарат Гольджи» довольно простое. В клетках растений они выглядят как отдельные тельца с мембраной, в клетках животных они представлены цистернами, канальцами и пузырями. Структурная единица комплекса Гольджи - это диктиосома, которая представлена стопкой из 4-6 «цистерн» и мелких пузырьков, что отделяются от них и являются внутриклеточной транспортной системой, а также могут служить источником лизосом. Число диктиосом может колебаться от одной до нескольких сотен.
Комплекс Гольджи, как правило, размещается около ядра. В животных клетках - возле клеточного центра. Основными функциями этих органелл является следующее:
- секреция и накопление протеинов, липидов и сахаридов;
- модификация органических соединений, поступающих в комплекс Гольджи;
- данный органоид является местом образования лизосом.
Следует отметить, что ЭПС, лизосомы, вакуоли, а также аппарат Гольджи вместе образуют канальцево-вакуолярную систему, которая разделяет клетку на отдельные участки с соответствующими функциями. Кроме того, данная система обеспечивает постоянное обновление мембран.
Митохондрии - энергетические станции клетки
Митохондрии - двумембранные органоиды палочковидной, шаровидной или нитевидной формы, которые синтезируют АТФ. Они имеют внешнюю гладкую поверхность и внутреннюю мембрану с многочисленными складками, которые называются кристами. Следует отметить, что число крист в митохондриях может меняться в зависимости от потребности клетки в энергии. Именно на внутренней мембране сосредоточены многочисленные ферментные комплексы, синтезирующие аденозинтрифосфат. Здесь энергия химических связей превращается в АТФ. Кроме того, в митохондриях проходит расщепление жирных кислот и углеводов с высвобождением энергии, которая накапливается и используется на процессы роста и синтеза.
Внутренняя среда данных органелл называется матриксом. Она содержит кольцевые ДНК и РНК, мелкие рибосомы. Интересно, что митохондрии - полуавтономные органоиды, поскольку зависят от функционирования клетки, но в то же время могут сохранять определенную самостоятельность. Так, они способны синтезировать собственные белки и ферменты, а также размножаться самостоятельно.
Считается, что митохондрии возникли при попадании в клетку-хозяина аэробных прокариотических организмов, что привело к образованию специфического симбиотического комплекса. Так, митохондриальная ДНК имеет такое же строение, как и ДНК современных бактерий, а синтез белков и в митохондриях, и в бактериях ингибируется одинаковыми антибиотиками.
Пластиды - органоиды растительной клетки
Пластиды являются достаточно крупными органеллами. Они присутствуют только в клетках растений и образуются из предшественников - пропластид, содержат ДНК. Эти органоиды играют важную роль в метаболизме и отделены от цитоплазмы двойной мембраной. Кроме этого, в них может образовываться упорядоченная система внутренних мембран.
Пластиды бывают трех типов:
Рибосомы
Что такое органоид под названием называют состоящие из двух фрагментов (малой и большой субъединицы). Их диаметр составляет около 20 нм. Они встречаются в клетках всех типов. Это органоиды животных и растительных клеток, бактерий. Образуются эти структуры в ядре, после чего переходят в цитоплазму, где размещаются свободно или прикрепляются к ЭПС. В зависимости от синтезирующих свойств рибосомы функционируют в одиночку или объединяются в комплексы, образуя полирибосомы. В данном случае эти немембранные органеллы связываются молекулой информационной РНК.
Рибосома содержит 4 молекулы р-РНК, которые составляют ее каркас, а также различные белки. Основная задача данного органоида - сбор полипептидной цепи, что является первой стадией синтеза протеинов. Те белки, которые образуются рибосомами эндоплазматического ретикулума, могут использоваться всем организмом. Протеины для потребностей отдельной клетки синтезируются рибосомами, которые размещаются в цитоплазме. Следует отметить, что рибосомы также встречаются в митохондриях и пластидах.
Цитоскелет клетки
Клеточный цитоскелет образуется микротрубочками и микрофиламентами. Микротрубочки представляют собой цилиндрические образования диаметром 24 нм. Их длина составляет 100 мкм-1 мм. Основной компонент - белок под названием тубулин. Он неспособен к сокращению и может разрушаться под действием колхицина. Микротрубочки располагаются в гиалоплазме и выполняют следующие функции:
- создают эластичный, но в то же время прочный каркас клетки, который позволяет ей сохранять форму;
- принимают участие в процессе распределения хромосом клетки;
- обеспечивают перемещение органелл;
- содержатся в клеточном центре, а также в жгутиках и ресничках.
Микрофиламенты - нити, которые размещаются под и состоят из белка актина или миозина. Они могут сокращаться, в результате чего идет перемещение цитоплазмы или выпячивание клеточной мембраны. Кроме того, данные компоненты принимают участие в образовании перетяжки при делении клетки.
Клеточный центр (центросома)
Данная органелла состоит из 2 центриолей и центросферы. Центриоль цилиндрической формы. Ее стенки образуются тремя микротрубочками, которые сливаются между собой посредством поперечных сшивок. Центриоли располагаются парами под прямым углом друг к другу. Следует отметить, что клетки высших растений лишены данных органоидов.
Основная роль клеточного центра - обеспечение равномерного распределения хромосом в ходе клеточного деления. Также он является центром организации цитоскелета.
Органеллы движения
К органоидам движения относят реснички, а также жгутики. Это миниатюрные выросты в виде волосков. Жгутик содержит 20 микротрубочек. Его основа размещается в цитоплазме и называется базальным тельцем. Длина жгутика составляет 100 мкм или более. Жгутики, которые имеют всего 10-20 мкм, называются ресничками. При скольжении микротрубочек реснички и жгутики способны колебаться, вызывая движение самой клетки. В цитоплазме могут содержаться сократительные фибриллы, которые называются миофибриллами - это органоиды животной клетки. Миофибриллы, как правило, размещаются в миоцитах - клетках мышечной ткани, а также в клетках сердца. Они состоят из более мелких волокон (протофибрилл).
Следует отметить, что пучки миофибрилл состоят из темных волокон - это анизотропные диски, а также светлых участков - это изотропные диски. Структурная единица миофибриллы - саркомер. Это участок между анизотропным и изотропным диском, который имеет актиновые и миозиновые нити. При их скольжении происходит сокращение саркомера, что приводит к движению всего мышечного волокна. При этом используется энергия АТФ и ионы кальция.
При помощи жгутиков движутся простейшие и сперматозоиды животных. Реснички являются органом движения инфузории-туфельки. У животных и человека они покрывают воздухоносные дыхательные пути и помогают избавляться от мелких твердых частиц, например, от пыли. Кроме этого, существуют еще псевдоножки, которые обеспечивают амебоидное движение и являются элементами многих одноклеточных и клеток животных (к примеру, лейкоцитов).
Большинство растений не могут перемещаться в пространстве. Их движения заключаются в росте, перемещениях листьев и изменениях потока цитоплазмы клеток.
Заключение
Несмотря на все разнообразие клеток, все они имеют сходную структуру и организацию. Строение и функции органоидов характеризуются идентичными свойствами, обеспечивая нормальное функционирование как отдельной клетки, так и всего организма.
Эту закономерность можно выразить следующим образом.
Таблица «Органоиды клетки эукариот»
Органоид | Растительная клетка | Животная клетка | Основные функции |
хранение ДНК, транскрипция РНК и синтез протеинов |
|||
эндоплазматическая сетка | синтез протеинов, липидов и углеводов, накопление ионов кальция, образование комплекса Гольджи |
||
митохондрии | синтез АТФ, собственных ферментов и белков |
||
пластиды | участие в фотосинтезе, накопление крахмала, липидов, протеинов, каротиноидов |
||
рибосомы | сбор полипептидной цепи (синтез белков) |
||
микротрубочки и микрофиламенты | позволяют клетке сохранять определенную форму, являются составной частью клеточного центра, ресничек и жгутиков, обеспечивают перемещение органелл |
||
лизосомы | переваривание веществ внутри клетки, уничтожение ее ненужных структур, участие в реорганизации клеток, обусловливают автолиз |
||
большая центральная вакуоль | обеспечивает напряжение клеточной оболочки, накапливает питательные вещества и продукты жизнедеятельности клетки, фитонциды и фитогормоны, а также пигменты, является резервуаром воды |
||
комплекс Гольджи | секретирует и накапливает протеины, липиды и углеводы, модифицирует питательные вещества, которые поступают в клетку, отвечает за образование лизосом |
||
клеточный центр | есть, кроме высших растений | является центром организации цитоскелета, обеспечивает равномерное расхождение хромосом при делении клеток |
|
миофибриллы | обеспечивают сокращение мышечной ткани |
Если сделать выводы, то можно сказать, что существуют незначительные различия между животной и растительной клеткой. При этом функциональные особенности и строение органоидов (таблица, указанная выше, подтверждает это) имеет общий принцип организации. Клетка функционирует как слаженная и целостная система. При этом функции органоидов взаимосвязаны и направлены на оптимальную работу и поддержание жизнедеятельности клетки.