Как правило, эукариотическая клетка имеет одно ядро, но встречаются двуядерные (инфузории) и многоядерные клетки (опалина). Некоторые высокоспециализированные клетки вторично утрачивают ядро (эритроциты млекопитающих, ситовидные трубки покрытосеменных).
Форма ядра - сферическая, эллипсовидная, реже лопастная, бобовидная и др. Диаметр ядра - обычно от 3 до 10 мкм.
Строение ядра:
1 - наружная мембрана; 2 - внутренняя мембрана; 3 - поры; 4 - ядрышко; 5 - гетерохроматин; 6 - эухроматин.
Ядро отграничено от цитоплазмы двумя мембранами (каждая из них имеет типичное строение). Между мембранами - узкая щель, заполненная полужидким веществом. В некоторых местах мембраны сливаются друг с другом, образуя поры (3), через которые происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Наружная ядерная (1) мембрана со стороны, обращенной в цитоплазму, покрыта рибосомами, придающими ей шероховатость, внутренняя (2) мембрана гладкая. Ядерные мембраны являются частью мембранной системы клетки: выросты наружной ядерной мембраны соединяются с каналами эндоплазматической сети, образуя единую систему сообщающихся каналов.
Кариоплазма (ядерный сок, нуклеоплазма) - внутреннее содержимое ядра, в котором располагаются хроматин и одно или несколько ядрышек. В состав ядерного сока входят различные белки (в том числе ферменты ядра), свободные нуклеотиды.
Ядрышко (4) представляет собой округлое плотное тельце, погруженное в ядерный сок. Количество ядрышек зависит от функционального состояния ядра и варьирует от 1 до 7 и более. Ядрышки обнаруживаются только в неделящихся ядрах, во время митоза они исчезают. Ядрышко образуется на определенных участках хромосом, несущих информацию о структуре рРНК. Такие участки называются ядрышковым организатором и содержат многочисленные копии генов, кодирующих рРНК. Из рРНК и белков, поступающих из цитоплазмы, формируются субъединицы рибосом. Таким образом, ядрышко представляет собой скопление рРНК и рибосомальных субъединиц на разных этапах их формирования.
Хроматин - внутренние нуклеопротеидные структуры ядра, окрашивающиеся некоторыми красителями и отличающиеся по форме от ядрышка. Хроматин имеет вид глыбок, гранул и нитей. Химический состав хроматина: 1) ДНК (30–45%), 2) гистоновые белки (30–50%), 3) негистоновые белки (4–33%), следовательно, хроматин является дезоксирибонуклеопротеидным комплексом (ДНП). В зависимости от функционального состояния хроматина различают: гетерохроматин (5) и эухроматин (6). Эухроматин - генетически активные, гетерохроматин - генетически неактивные участки хроматина. Эухроматин при световой микроскопии не различим, слабо окрашивается и представляет собой деконденсированные (деспирализованные, раскрученные) участки хроматина. Гетерохроматин под световым микроскопом имеет вид глыбок или гранул, интенсивно окрашивается и представляет собой конденсированные (спирализованные, уплотненные) участки хроматина. Хроматин - форма существования генетического материала в интерфазных клетках. Во время деления клетки (митоз, мейоз) хроматин преобразуется в хромосомы.
1. Рассмотрите рисунок 24 на с. 54-55 учебника. Запомните названия, местоположение и особенности функционирования органоидов.
2. Заполните кластер «Основные компоненты эукариотической клетки».
3. На основании каких основных признаков клетку считают эукариотической?
В клетках эукариот имеется хорошо оформленное ядро. Эукариотические клетки крупные, сложно устроенные по сравнению с клетками прокариот.
4. Изобразите схематично строение клеточной мембраны и подпишите её элементы.
5. Подпишите на рисунке животную и растительную клетки и обозначьте их основные органоиды.
6. Заполните кластер «Основные функции наружной клеточной мембраны».
Функции мембраны:
Барьерная
Транспортная
Взаимодействие клетки с окружающей средой и другими клетками.
7. Составьте синквейн к термину «мембрана».
Мембрана.
Избирательно-проницаемая, двухслойная.
Транспортирует, ограждает, сигнализирует.
Эластическая молекулярная структура, состоящая из белков и липидов.
Оболочка.
8. Почему явления фагоцитоза и пиноцитоза очень распространены у животных клеток и практически отсутствуют в растительных клетках и клетках грибов?
В клетках растений и грибов есть клеточная стенка, которая у животных отсутствует. Это позволяет цитоплазматической мембране всасывать воду с минеральными солями (пиноцитоз) ввиду большей эластичности. За счет этого свойства осуществляется и процесс фагоцитоза – захвата твердых частиц.
9. Заполните кластер «Органоиды эукариотической клетки».
Органоиды: мембранные и немембранные.
Мембранные: одномембранные и двумембранные.
10. Установите соответствие между группами и отдельными органоидами.
Органоиды
1. Митохондрии
2. ЭПС
3. Клеточный центр
4. Вакуоль
5. Аппарат Гольджи
6. Лизосомы
7. Рибосомы
8. Пластиды
Группы
A. Одномембранные
Б. Двумембранные
B. Немембранные
11. Заполните таблицу.
Строение и функции органоидов клетки
12. Заполните таблицу.
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАСТИТЕЛЬНОЙ И ЖИВОТНОЙ КЛЕТОК
13. Выберите название любого органоида и составьте с этим термином три типа предложений: повествовательное, вопросительное, восклицательное.
Вакуоль представляет собой крупный мембранный пузырек, заполненный клеточным соком.
Вакуоль – обязательная принадлежность растительной клетки!
Какие функции, кроме накопления запасных веществ, выполняет вакуоль?
14. Дайте определения понятий.
Включения
- это необязательные компоненты клетки, появляющиеся и исчезающие в зависимости от интенсивности и характера обмена веществ в клетке и от условий существования организма.
Органоиды
- постоянные специализированные структуры в клетках живых организмов.
15. Выберите правильный ответ.
Тест 1.
За образование лизосом, накопление, модификацию и вывод веществ из клетки отвечает:
2) комплекс Гольджи;
Тест 2.
Гидрофобную основу клеточной мембраны составляют:
3) фосфолипиды;
Тест 3.
Одномембранные органоиды клетки:
2) лизосомы;
16. Объясните происхождение и общее значение слова (термина), опираясь на значение корней, его составляющих.
17. Выберите термин и объясните, насколько его современное значение соответствует первоначальному значению его корней.
Выбранный термин – экзоцитоз.
Соответствие, термин соответствует, но стал ясен и уточнен механизм. Это клеточный процесс, при котором мембранные пузырьки сливаются с внешней клеточной мембраной. При экзоцитозе содержимое секреторных пузырьков выделяется наружу, а их мембрана сливается с клеточной мембраной.
18. Сформулируйте и запишите основные идеи § 2.7.
Клетка состоит из трех главных компонентов: ядра, цитоплазмы и клеточной мембраны.
В цитоплазме имеются органоиды, включения и гиалоплазма (основное вещество). Органоиды бывают одномембранные (ЭПС, комплекс Гольджи, лизосомы и др.), двумембранные (митохондрии, пластиды) и немембранные (рибосомы, клеточный центр). Растительная клетка отличается от животной тем, что в ней имеются дополнительные структуры: вакуоль, пластиды, клеточная стенка, и отсутствуют центриоли в клеточном центре. Все органоиды и компоненты клетки составляют слаженный комплекс, работающий как единое целое.
Органоиды – постоянные и обязательные компоненты клеток; специализированные участки цитоплазмы клетки, имеющие определенную структуру и выполняющие определенные функции в клетке. Различают органоиды общего и специального назначения.
Органоиды общего назначения имеются в большинстве клеток (эндоплазматическая сеть, митохондрии, пластиды, комплекс Гольджи, лизосомы, вакуоли, клеточный центр, рибосомы). Органоиды специального назначения характерны только для специализированных клеток (миофибриллы, жгутики, реснички, сократительные и пищеварительные вакуоли). Органоиды (за исключением рибосом и клеточного центра) имеют мембранное строение.
Эндоплазматическая ретикулюм(ЭПР) – это разветвленная система соединенных между собой полостей, трубочек и каналов, образованных элементарными мембранами и пронизывающая всю толщу клетки. Открыта в 1943 г. Портером. Особенно много каналов эндоплазматической сети в клетках с интенсивным обменом веществ. В среднем объем ЭПС составляет от 30% до 50% общего объема клетки. ЭПС лабильна. Форма внутренних лакун и кана
лов, их размер, расположение в клетке и количество изменяются в процессе жизнедеятельности. Развита сильнее в животных клетка. ЭПС морфологически и функционально связана с пограничным слоем цитоплазмы, ядерной оболочкой, рибосомами, комплексом Гольджи, вакуолями, образуя вместе с ними единую функционально-структурную систему для осуществления обмена веществ и энергии и передвижения веществ внутри клетки. Вблизи эндоплазматической сети накапливаются митохондрии и пластиды.
Выделяют две разновидности ЭПС: шероховатую и гладкую. На мембранах гладкой (агранулярной) ЭПС локализованы ферменты систем жирового и углеводного синтеза: здесь происходит синтез углеводов и почти всех клеточных липидов. Мембраны гладкой разновидности эндоплазматической сети преобладают в клетках сальных желез, печени (синтез гликогена), в клетках с большим содержанием питательных веществ (семена растений). На мембране шероховатой (гранулярной) ЭПС располагаются рибосомы, где осуществляется биосинтез белков. Часть синтезируемых ими белков включается в состав мембраны эндоплазматической сети, остальные поступают в просвет ее каналов, где преобразуются и транспортируются в комплекс Гольджи. Особенно много шероховатых мембран в клетках желез и нервных клетках.
Рис. Шероховатый и гладкий эндоплазматический ретикулум.
Рис. Транспорт веществ по системе ядро – эндоплазматический ретикулум (ЭПР) – комплекс Гольджи.
Функции эндоплазматической сети :
1) синтез белков (шероховатая ЭПС), углеводов и липидов (гладкая ЭПС);
2) транспорт веществ, как поступивших в клетку, так и вновь синтезируемых;
3) деление цитоплазмы на отсеки (компартменты), что обеспечивает пространственное разделение ферментных систем, необходимое для их последовательного вступления в биохимические реакции.
Митохондрии – присутствуют практически во всех типах клеток одно- и многоклеточных организмов (за исключением эритроцитов млекопитающих). Число их в разных клетках варьирует и зависит от уровня функциональной активности клетки. В клетке печени крысы их около 2500, а в мужской половой клетке некоторых моллюсков – 20 – 22. Их больше в грудной мышце летающих птиц, чем в грудной мышце нелетающих.
Митохондрии имеют форму сферических, овальных и цилиндрических телец. Размеры составляют 0,2 – 1,0 мкм и диаметре и до 5 - 7 мкм в длину.
Рис. Митохондрия.
Длина нитевидных форм достигает 15-20 мкм. Снаружи митохондрии ограничены гладкой наружной мембраной, сходной по составу с плазмалеммой. Внутренняя мембрана образует многочисленные выросты – кристы – и содержит многочисленные ферменты, АТФ-сомы (грибовидные тела), участвующие в процессах трансформации энергии питательных веществ в энергию АТФ. Количество крист зависит от функции клетки. В митохондриях мышц крист очень много, они занимают всю внутреннюю полость органоида. В митохондриях эмбриональных клеток кристы единичны. В растительных выросты внутренней мембраны чаще имеют форму трубочек. Полость митохондрии заполнена матриксом, в котором содержатся вода, минеральные соли, белки-ферменты, аминокислоты. Митохондрии имеют автономную белоксинтезирующую систему: кольцевую молекулу ДНК, различные виды РНК и более мелкие, чем в цитоплазме рибосомы.
Митохондрии тесно связаны мембранами эндоплазматической сети, каналы которой часто открываются прямо в митохондрии. При повышении нагрузки на орган и усилении синтетических процессов, требующих затраты энергии, контакты между ЭПС и митохондриями становятся особенно многочисленными. Число митохондрий может быстро увеличиваться путем деления. Способность митохондрий к размножению обусловлена присутствием в них молекулы ДНК, напоминающей кольцевую хромосому бактерий.
Функции митохондрий :
1) синтез универсального источника энергии – АТФ;
2) синтез стероидных гормонов;
3) биосинтез специфических белков.
Пластиды – органоиды мембранного строения, характерные только для растительных клеток. В них происходят процессы синтеза углеводов, белков и жиров. По содержанию пигментов их делят на три группы: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.
Хлоропласты имеют относительно постоянную эллиптическую или линзовидную форму. Размер по наибольшему диаметру составляет 4 – 10 мкм. Количество в клетке колеблется от нескольких единиц до нескольких десятков. Их размер, интенсивность окраски, количество и расположение в клетке зависят от условий освещения, вида и физиологического состояния растений.
Рис. Хлоропласт, строение.
Это белково-липоидные тела, состоящие на 35-55% из белка, 20-30% - липидов, 9% - хлорофилла, 4-5% каратиноидов, 2-4% нуклеиновых кислот. Количество углеводов варьирует; обнаружено некоторое количество минеральных веществ Хлорофилл – сложный эфир органической двухосновной кислоты – хлорофиллина и органических спиртов – метилового (СН 3 ОН) и фитола (С 20 Н 39 ОН). У высших растений в хлоропластах постоянно присутствуют хлорофилл а – имеет сине-зеленую окраску, и хлорофилл b – желто-зеленую; причем содержание хлорофилла, а в несколько раз больше.
Кроме хлорофилла в состав хлоропластов входят пигменты - каротин С 40 Н 56 и ксантофилл С 40 Н 56 О 2 и некоторые другие пигменты (каратиноиды). В зеленом листе желтые спутники хлорофилла маскируются более яркой зеленой окраской. Однако осенью, при листопаде, у большинства растений хлорофилл разрушается и тогда обнаруживается присутствие в листе каратиноида – лист становится желтым.
Хлоропласт одет двойной оболочкой, состоящей из наружной и внутренней мембран. Внутреннее содержимое – строма – имеет ламеллярное (пластинчатое) строение. В бесцветной строме выделяют граны – окрашенные в зеленые цвет тельца, 0,3 – 1,7 мкм. Они представляют собой совокупность тилакоидов – замкнутых телец в виде плоских пузырьков или дисков мембранного происхождения. Хлорофилл в виде мономолекулярного слоя располагается между белковым и липидным слоями в тесной связи с ними. Пространственное расположение молекул пигментов в мембранных структурах хлоропластов является весьма целесообразным и создает оптимальные условия для наиболее эффективного поглощения, передачи и использования лучистой энергии. Липиды образуют безводные диэлектрические слои мембран хлоропласта, необходимые для функционирования электронно-транспортной цепи. Роль звеньев цепи переноса электронов выполняют белки (цитохромы, пластохиноны, ферредоксин, пластоцианин) и отдельные химические элементы – железо, марганец и др. Количество гран в хлоропласте от 20 до 200. Между гранами, связывая их друг с другом, располагаются ламеллы стромы. Ламеллы гран и ламеллы стромы имеют мембранное строение.
Внутренне строение хлоропласта делает возможным пространственное разобщение многочисленных и разнообразных реакций, составляющих в своей совокупности содержание фотосинтеза.
Хлоропласты, как и митохондрии, содержат специфическую РНК и ДНК, а также более мелкие рибосомы и весь молекулярный арсенал, необходимый для биосинтеза белка. У этих органоидов имеется достаточное для обеспечения максимальной активности белоксинтезирующей системы количество и-РНК. Вместе с тем в них содержится и достаточно ДНК для кодирования определенных белков. Они размножаются делением, путем простой перетяжки.
Установлено, что хлоропласты могут изменять свою форму, размеры и положение в клетке, т. е. способны самостоятельно двигаться (таксис хлоропластов). В них обнаружено два типа сократительных белков, за счет которых, очевидно, и осуществляется активное движение этих органоидов в цитоплазме.
Хромопласты широко распространены в генеративных органах растений. Они окрашивают лепестки цветков (лютика, георгина, подсолнечника), плоды (томатов, рябины, шиповника) в желтый, оранжевый, красный цвета. В вегетативных органах хромопласты встречаются значительно реже.
Окраска хромопластов обусловлена присутствием каратиноидов – каротина, ксантофилла и ликопина, которые в пластидах находятся в различном состоянии: в виде кристаллов, липоидного раствора или в соединении с белками.
Хромопласты, по сравнению с хлоропластами, имеют более простое строение – в них отсутствует ламеллярная структура. Химический состав также отличен: пигменты – 20–50%, липиды до 50%, белки – около 20%, РНК – 2-3%. Это свидетельствует о меньшей физиологической активности хлоропластов.
Лейкопласты не содержат пигментов, они бесцветны. Эти самые мелкие пластиды имеют округлую, яйцевидную или палочковидную форму. В клетке они часто группируются вокруг ядра.
Внутренне структура, еще менее дифференцирована по сравнению с хлоропластами. В них осуществляется синтез крахмала, жиров, белков. В соответствии с этим выделяют три вида лейкопластов – амилопласты (крахмал), олеопласты (растительные масла) и протеопласты (белки).
Возникают лейкопласты из пропластид, с которыми они сходны по форме и строению, а отличаются лишь размерами.
Все пластиды генетически связаны друг с другом. Они образуются из пропластид – мельчайших бесцветных цитоплазматических образований, сходных по внешнему виду с митохондриями. Пропластиды находятся в спорах, яйцеклетках, в эмбриональных клетках точек роста. Непосредственно из пропластид образуются хлоропласты (на свету) и лейкопласты (в темноте), а из них развиваются хромопласты, являющиеся конечным продуктом в эволюции пластид в клетке.
Комплекс Гольджи – впервые был обнаружен в 1898 г. Итальянским ученым Гольджи в животных клетках. Это система внутренних полостей, цистерн (5-20), располагающихся сближено и параллельно друг другу, и крупных и мелких вакуолей. Все эти образования имеют мембранное строение и являются специализированными участками эндоплазматической сети. В животных клетках комплекс Гольджи развит лучше, чем в растительных; в последних он называется диктиосомы.
Рис. Строение комплекса Гольджи.
Попадающие в пластинчатый комплекс белки и липиды, подвергаются различным преобразованиям, накапливаются, сортируются, упаковываются в секреторные пузырьки и транспортируются по назначению: к различным структурам внутри клетки или за пределы клетки. Мембраны комплекса Гольджи также синтезируют полисахариды и образуют лизосомы. В клетках молочных желез комплекс Гольджи участвует в образовании молока, а в клетках печени – желчи.
Функции комплекса Гольджи :
1) концентрация, обезвоживание и уплотнение синтезированных в клетке белков, жиров, полисахаридов и веществ, поступивших извне;
2) сборка сложных комплексов органических веществ и подготовка их к выведению из клетки (целлюлоза и гемицеллюлоза у растений, гликопротеины и гликолипиды у животных);
3) синтез полисахаридов;
4) образование первичных лизосом.
Лизосомы - небольшие овальные тельца диаметром 0,2-2,0 мкм. Центральное положение занимает вакуоль, содержащая 40 (по разным данным 30-60) гидролитических ферментов, способных в кислой среде (рН 4,5-5) расщеплять белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, липиды и другие вещества.
Вокруг этой полости располагается строма, одетая снаружи элементарной мембраной. Расщепление веществ при помощи ферментов называется лизисом, поэтому органоид назван лизосомой. Образование лизосом происходит в комплексе Гольджи. Первичные лизосомы приближаются непосредственно к пиноцитозным или фагоцитозным вакуолям (эндосомам) и изливают свое содержимое в их полость, образуя вторичные лизосомы (фагосомы), внутри которых и происходит переваривание веществ. Продукты лизиса через мембрану лизосом поступают в цитоплазму и включаются в дальнейший обмен веществ. Вторичные лизосомы с остатками непереваренных веществ называются остаточными тельцами. Примером вторичных лизосом являются пищеварительные вакуоли простейших.
Функции лизосом :
1) внутриклеточное переваривание макромолекул пищи и чужеродных компонентов, поступающих в клетку при пино- и фагоцитозе, обеспечивая клетку дополнительным сырьем для биохимических и энергетических процессов;
2) при голодании лизосомы переваривают некоторые органоиды и на какое-то время пополняют запас питательных веществ;
3) разрушение временных органов эмбрионов и личинок (хвост и жабры у лягушки) в процессе постэмбрионального развития;
Рис. Образование лизосом
Вакуоли – полости в цитоплазме растительных клеток и протист, заполненные жидкостью. Имеют форму пузырьков, тонких канальцев и другую. Вакуоли образуются из расширений эндоплазматической сети и пузырьков комплекса Гольджи как тончайшие полости, затем по мере роста клетки и накопления продуктов обмена объем их увеличивается, а количество сокращается. Развитая сформировавшаяся клетка имеет обычно одну большую вакуоль, занимающую центральное положение.
Вакуоли растительных клеток заполнены клеточным соком, который представляет собой водный раствор органических (яблочная, щавелевая, лимонная кислоты, сахара, инулин, аминокислоты, белки, дубильные вещества, алкалоиды, глюкозиды) и минеральных (нитраты, хлориды, фосфаты) веществ.
У протист встречаются пищеварительные вакуоли и сократительные.
Функции вакуолей :
1) хранилища запасных питательных веществ и вместилища выделений (у растений);
2) определяют и поддерживают осмотическое давление в клетках;
3) обеспечивают внутриклеточное пищеварение у протист.
Рис. Клеточный центр.
Клеточный центр обычно находится вблизи ядра и состоит из двух центриолей, расположенных перпендикулярно друг другу и окруженных лучистой сферой. Каждая центриоль представляет собой полое цилиндрическое тельце длиной 0,3-0,5 мкм и длиной 0,15 мкм, стенка которого образована 9 триплетами микротрубочек. Если центриоль лежит в основании реснички или жгутика, то ее называют базальным тельцем .
Перед делением центриоли расходятся к противоположным полюсам и возле каждой из них возникает дочерняя центриоль. От центриолей, расположенных на разных полюсах клетки, образуются микротрубочки, растущие навстречу друг другу. Они формируют митотическое веретено, способствующее равномерному распределению генетического материала между дочерними клетками, являются центром организации цитоскелета. Часть нитей веретена прикрепляется к хромосомам. В клетках высших растений клеточный центр центриолей не имеет.
Центриоли относятся к самовоспроизводящимся органоидам цитоплазмы. Они возникают в результате дупликации уже имеющихся. Это происходит при расхождении центриолей. Незрелая центриоль содержит 9 одиночных микротрубочек; по-видимому, каждая микротрубочка является матрицей при сборке триплетов, характерных для зрелой центриоли.
Центросома характерна для клеток животных, некоторых грибов, водорослей, мхов и папоротников.
Функции клеточного центра :
1) образование полюсов деления и формирование микротрубочек веретена деления.
Рибосомы - мелкие сферические органоиды, от 15 до 35 нм. Состоят из двух субъединиц большой (60S) и малой (40S). Содержат около 60% белка и 40% рибосомальной РНК. Молекулы рРНК образуют ее структурный каркас. Большинство белков специфически связано с определенными участками рРНК. Некоторые белки входят в состав рибосом только во время биосинтеза белка. Субъединицы рибосом образуются в ядрышках. и через поры в ядерной оболочке поступают в цитоплазму, где располагаются либо на мембране ЭПА, либо на наружной стороне ядерной оболочки, либо свободно в цитоплазме. Сначала на ядрышковой ДНК синтезируются рРНК, которые затем покрываются поступающими из цитоплазмы рибосомальными белками, расщепляются до нужных размеров и формируют субъединицы рибосом. Полностью сформированных рибосом в ядре нет. Объединение субъединиц в целую рибосому происходит в цитоплазме, как правило, во время биосинтеза белка. По сравнению с митохондриями, пластидами, клетками прокариот рибосомы в цитоплазме эукариотических клеток крупнее. Могут объединяться по 5-70 единиц в полисомы.
Функции рибосом :
1) участие в биосинтезе белка.
Рис. 287. Рибосома: 1 - малая субъединица; 2 - большая субъединица.
Реснички, жгутики – выросты цитоплазмы, покрытые элементарной мембраной, под которой находится 20 микротрубочек, образующих 9 пар по периферии и две одиночные в центре. У основания ресничек и жгутиков расположены базальные тельца. Длина жгутиков достигает 100 мкм. Реснички – это короткие – 10-20 мкм – жгутики. Движение жгутиков винтовое, а ресничек – веслообразное. Благодаря ресничкам и жгутикам передвигаются бактерии, протисты, ресничные, перемещаются частицы или жидкости (реснички мерцательного эпителия дыхательных путей, яйцеводов), половые клетки (сперматозоиды).
Рис. Строение жгутиков и ресничек эукариот
Включения - временные компоненты цитоплазмы, то возникающие, то исчезающие. Как правило, они содержатся в клетках на определенных этапах жизненного цикла. Специфика включений зависит от специфики соответствующих клеток тканей и органов. Включения встречаются преимущественно в растительных клетках. Они могут возникать в гиалоплазме, различных органеллах, реже в клеточной стенке.
В функциональном отношении включения представляют собой либо временно выведенные из обмена веществ клетки соединения (запасные вещества - крахмальные зерна, липидные капли и отложения белков), либо конечные продукты обмена (кристаллы некоторых веществ).
Крахмальные зерна . Это наиболее распространенные включения растительных клеток. Крахмал запасается у растений исключительно в виде крахмальных зерен. Они образуются только в строме пластид живых клеток. В процессе фотосинтеза в зеленых листьях образуется ассимиляционный , или первичный крахмал. Ассимиляционный крахмал в листьях не накапливается и, быстро гидролизуясь до сахаров, оттекает в части растения, в которых происходит его накопление. Там он вновь превращается в крахмал, который называют вторичным. Вторичный крахмал образуется и непосредственно в клубнях, корневищах, семенах, то есть там, где он откладывается в запас. Тогда его называют запасным . Лейкопласты, накапливающие крахмал, называют амилопластами . Особенно богаты крахмалом семена, подземные побеги (клубни, луковицы, корневища), паренхима проводящих тканей корней и стеблей древесных растений.
Липидные капли . Встречаются практически во всех растительных клетках. Наиболее богаты ими семена и плоды. Жирные масла в виде липидных капель - вторая по значению (после крахмала) форма запасных питательных веществ. Семена некоторых растений (подсолнечник, хлопчатник и т.д.) могут накапливать до 40% масла от массы сухого вещества.
Липидные капли, как правило, накапливаются непосредственно в гиалоплазме. Они представляют собой сферические тела обычно субмикроскопического размера. Липидные капли могут накапливаться и в лейкопластах, которые называют элайопластами .
Белковые включения образуются в различных органеллах клетки в виде аморфных или кристаллических отложений разнообразной формы и строения. Наиболее часто кристаллы можно встретить в ядре - в нуклеоплазме, иногда в перинуклеарном пространстве, реже в гиалоплазме, строме пластид, в расширениях цистерн ЭПР, матриксе пероксисом и митохондриях. В вакуолях встречаются как кристаллические, так и аморфные белковые включения. В наибольшем количестве кристаллы белка встречаются в запасающих клетках сухих семян в виде так называемых алейроновых 3 зерен или белковых телец .
Запасные белки синтезируются рибосомами во время развития семени и откладываются в вакуоли. При созревании семян, сопровождающемся их обезвоживанием, белковые вакуоли высыхают, и белок кристаллизуется. В результате этого в зрелом сухом семени белковые вакуоли превращаются в белковые тельца (алейроновые зерна).
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.
Строение и функции органоидов клетки.
Части и органоиды клетки
Особенности строения
Выполняемые функции
Плазматическая (клеточная) мембрана.
Образована двойным слоем молекул липидов (бислой) и молекулами белков. В мембране преобладают фосфолипиды . Белки погружены на разную глубину в липидный слой или располагаются на внешней или внутренней поверхности мембраны. К некоторым белкам, находящихся на наружной поверхности, прикреплены углеводы, являющимися своеобразными указателями типа клеток. Белки мембраны: ферменты; рецепторы; белки, образующие каналы (транспорт ионов в клетку и из нее).
Снаружи от мембраны у растительных клеток имеется клеточная стенка . Животные клетки снаружи от мембраны бывают покрыты гликокаликсом – тонким слоем белков и полисахаридов.
1 . Барьерная функция (защищает цитоплазму от физических и химических повреждений).
2 . Обмен веществ между цитоплазмой и внешней средой.
3. Транспорт веществ : из внешней среды в клетку поступают вода, ионы, неорганические и органические молекулы. Во внешнюю среду выводятся продукты обмена и вещества, синтезированные в клетке. Пассивный транспорт (осмос, диффузия), активный транспорт (фагоцитоз, пиноцитоз, натрий-калиевый насос). Клетки растений не могут захватывать вещества при помощи фагоцитоза,т.к. поверх мембраны покрыты плотным слоем клетчатки. 4 Рецепторная функция – белки-рецепторы мембраны передают внутрь клетки сигналы извне.
5 . Обеспечивает связь клеток между собой.
Цитоплазма
Основное вещество – гиалоплазма (густой бесцветный коллоидный раствор): 70-90% вода, а также белки, липиды и нерганические вещества.
В цитоплазме (у эукариот) имеется сложная опорная система – цитоскелет. Цитоскелет состоит из трех элементов:
- микротрубочки (белок тубулин)
- промежуточные филаменты
- микрофиламенты ( белок актин)
Она способна к движению – круговому, струйчатому, ресничному.
1 .В гиалоплазме протекают процессы обмена веществ в клетке.
2 .Через нее происходит взаимодействие ядра и органоидов.
3 . Цитоскелет:
- механическая функция (поддерживает форму клетки);
- транспортная (перенос различных веществ, перемещение органоидов); - участие в процессах фагоцитоза и пиноцитоза (микрофиламенты способны менять форму мембраны).
Ядро
1 .В ядре хранится наследственная информация о всех признаках и свойствах клетки и организма в целом.
2 . Ядро регулирует все процессы обмена веществ и энергии.
Ядерная оболочка (кариолемма), состоящая из двух мембран с порами: внутренняя – гладкая, наружная переходит в каналы ЭПС.
1 . Отделяет ядро от цитоплазмы.
2 . Регулирует транспорт веществ из ядра в цитоплазму (и-РНК, т-РНК, рибосомы) и из цитоплазмы в ядро (органические вещества, АТФ)
Ядерный сок, или кариоплазма (полужидкое вещество)
1 .Транспорт веществ
2 . Среда, в которой находятся ядрышки и хроматин.
Хроматин – это ДНК, связанная с белками. Перед делением клетки ДНК скручивается, образуя хромосомы. Каждая хромосома образована одной молекулой ДНК в комплексе с основным белком – гистоном.
В ДНК заключена наследственная информация клетки.
Ядрышки- плотные округлые тельца, состоящие из белка и РНК. Ядрышки образуются на определенных участках хромосом.
Формирование половинок (субъединиц) рибосом из рРНК и белка.
Рибосомы
(немембранные органоиды)
Состоят из двух субъединиц – большой и малой. Каждая субъединица – комплекс рРНК с белками.
Синтез белка.
Клеточный центр (немембранный органоид)
Состоит из двух центриолей – цилиндров, расположенными перпендикулярно друг другу. Стенки центриолей образованы девятью триплетами микротрубочек. Основной белок, образующий центриоли – тубулин.
1 . Участвует в формировании цитоскелета.
2 . Играет важную роль при делении клетки (участвует в образовании нитей веретена деления).
Эндоплазматическая сеть ЭПС
(одномембранный органоид)
А) ЭПС шероховатая (гранулярная)
Б) ЭПС гладкая
Образована системой соединенных полостей, канальцев, трубочек.
На мембранах расположены рибосомы.
Мембраны гладкие (лишены рибосом)
Транспортная система клетки. Вещества, синтезированные на мембранах ЭПС переносятся внутрь трубочек и по ним транспортируются в аппарат Гольджи.
Синтез белков.
Синтез углеводов и липидов.
В клетках печени ЭПС участвует в обезвреживании ядовитых веществ, а в мышечных клетках накапливаются ионы кальция, необходимого для мышечного сокращения.
Комплекс (аппарат) Гольджи
(одномембранный органоид)
Открыт в 1898 году в нейронах итальянским гистологом Камилло Гольджи. Расположен рядом с ЭПС. Состоит из 3-ех основных компонента:
- стопки уплощенных, слегка изогнутых, дискообразных полостей- «цистерны»
Система трубочек, отходящих от полостей;
- пузырьки на концах трубочек.
1 .Накапливаются вещества, которые используются в клетке или выводятся во внешнюю среду.
2 . Формирование лизосом.
3 . Сборка мембран клетки.
Лизосомы (одномембранные органоиды)
Небольшой мембранный пузырек, содержащий пищеварительные ферменты (50 видов).
1 .Расщепление (переваривание) полимерных органических соединений, попавших в животную клетку при фагоцитозе и пиноцитозе до мономеров, усваиваемых клеткой.
2 . Участие в удалении отмирающих органов (хвоста у головастиков), клеток и органоидов. При голодании лизосомы растворяют некоторые органоиды, но не убивая при этом клетку.
Митохондрии (двумембранные органоиды)
Шаробразная, овальная или палочковидная форма. Покрыты наружной и внутренней мембранами. Внешняя мембрана гладкая, а внутренняя образует многочисленные выступы, складки – кристы . На внутренней мембране находятся дыхательные ферменты и ферменты синтеза АТФ. Матрикс содержит раствор различных ферментов . Имеют собственную генетическую систему, обеспечивающую их самовоспроизводство: ДНК, РНК, рибосомы, белки, липиды, углеводы. Могут сами синтезировать белки.
Синтез АТФ.
Происходит преобразование энергии пищевых веществ в энергию АТФ, необходимую для жизнедеятельности клетки и организма в целом.
Пластиды
(двумембранные органоиды).
Характерны только для растительных клето к.
А) Лейкопласты
лейкопласты → хлоропласты (на свету)
хлоропласты → хромопласты.
Б) Хромопласты
Форма округлая, бесцветные.
Шаровидная форма, содержат красные, желтые, оранжевые пигменты.
Служат местом накопления запасных питательных веществ (крахмальных зерен).
Создают большое разнообразие окрасок цветков (привлечение насекомых-опылителей) и плодов растений (распространение животными семян).
В) Хлоропласты (окраска зеленая)
Форма двояковыпуклых линз. Наружная мембрана гладкая, внутренняя – складчатая . Из ее складок формируются выросты – тилакоиды ( плоские мешочки). Стопки тилакоидов – граны. В мембранах гран – хлорофилл (зеленый пигмент). В каждом хлоропласте около 50 гран. В промежутках между гранами в матриксе (строме) –ДНК, РНК, рибосомы. Таким образом, имеют собственную генетическую систему, обеспечивающие их самовоспроизводство. Синтез белков рибосомами.
Благодаря хлорофиллу в хлоропластах происходит превращение энергии солнечного света в химическую энергию АТФ. АТФ используется для синтеза органических соединений.
Фотосинтез - процесс образования органических веществ (глюкозы) из неорганических: углекислого газа и воды при наличии световой энергии и пигмента хлорофилла с выделением кислорода.
Органоиды движения
Реснички – многочисленные цитоплазматические выросты на поверхности мембраны.
Удаление частичек пыли (мерцательный эпителий верхних дыхательных путей);
Передвижение (инфузория – туфелька)
Жгутики - единичные цитоплазматические выросты на поверхности мембраны.
Передвижение (сперматозоиды, зооспоры, одноклеточные организмы)
Ложноножки – амебовидные выступы цитоплазмы.
Образуются у животных в разных местах цитоплазмы для захвата пищи, для передвижения.
Миофибриллы – тонкие нити до 1 см. длиной и больше (актин и миозин)
Служат для сокращения мышечных волокон, вдоль которых они расположены.
Вакуоли.
Характерны только для растительных клеток.
Полости, заполненные клеточным соком – водой с растворенными в ней сахарами и другими органическими и неорганическими веществами. В клеточном соке могут содержаться пигменты, придающие синюю, фиолетовую, малиновую окраску лепесткам и другим частям растений, а также осенним листьям.
1. Поддержание тургорного давления клеток.
2. Накопление запасных веществ.
3. Окраска органов растений (привлечение насекомых-опылителей, распространение плодов и семян).