Вспомните, что представляет собой клетка и ее органоиды. Какие два типа клеток встречаются в природе?
Клетка представляет собой обособленную от внешней среды биосистему, имеющую сложную внутреннюю организацию. По наличию оформленного ядра все клетки делят на две группы: прокариотные и эукариотные. Прокариотные (от лат. pro - перед, раньше, вместо и греч. carion - ядро), или безъядерные, клетки не имеют оформленного ядра и многих органоидов в цитоплазме. Такие клетки характерны для бактерий и цианобактерий (синезеленых водорослей). Эукариотные (от греч. ей - хорошо, полностью и carion - ядро), или ядерные, клетки, имеют четко оформленное ядро и различные органоиды. К ним относят клетки растений, животных и грибов.
Строение плазматической мембраны. Любая клетка окружена снаружи плазматической мембраной. Она ограничивает клетку, регулирует поступление веществ в клетку и из нее. Плазматическая мембрана состоит из белков, фосфолипидов и обладает жидкостно-мозаичной структурой (рис. 31).
Рис. 31. Строение плазматической мембраны: 1— гликокаликс; 2— фосфолипиды; 3— белки
Фосфолипиды образуют двойной (билипидный) слой, причем гидрофобные концы фосфолипидов обращены внутрь, а гидрофильные - наружу. В билипидный слой мозаично вкраплены молекулы белков, пронизывающие мембрану полностью или располагающиеся в одном из слоев. Часть белков имеют каналы, или поры, через них проходят различные вещества. Мембрана текуча и способна изменять свою форму. На наружной ее поверхности у эукариотных клеток животных располагаются углеводы, соединенные с белками и липидами. Они образуют гликокаликс, обеспечивающий контакт клеток друг с другом.
Важная особенность плазматической мембраны - избирательная проницаемость для определенных веществ.
Существуют несколько механизмов поступления веществ через плазматическую мембрану (рис. 32).
Рис. 32. Транспорт веществ через плазматическую мембрану: 1 — диффузия; 2 — активный транспорт; 3 — эндоцитоз
Небольшие молекулы и жирорастворимые вещества поступают в клетку диффузно, из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. Диффузия молекул воды называется осмосом. Молекулы глюкозы, глицерина, аминокислот, ионы и полярные молекулы проходят через поры мембранных белков. При этом никакой затраты энергии не происходит. Такой перенос называется пассивным транспортом.
Рис. 33. Клеточная оболочка: 1 — плазматическая мембрана; 2 - клеточная стенка; 3 — нити цитоплазмы (плазмодесми), проходящие через поры в клеточной стенке
Активный транспорт осуществляется специальными белками-переносчиками. Он идет из области, где концентрация вещества меньше в область, где она больше. При этом происходит затрата энергии АТФ. Например, в результате активного транспорта ионы калия постоянно закачиваются внутрь клетки, а ионы натрия выносятся наружу.
Кроме низкомолекулярных веществ в клетку поступают и высокомолекулярные соединения, а также крупные частицы. Они захватываются мембраной клетки, происходит ее впячивание и отшнуровывание пузырька с частицами внутрь клетки. Этот процесс называется эндоцитозом. При переносе макромолекул из клетки наружу процесс идет в обратном направлении и называется экзоцитозом. Различают два вида эндоцитоза. Фагоцитоз - поглощение твердых частиц, пиноцитоз - поглощение жидкостей.
Клеточная оболочка. Клетки растений, грибов и бактерий, кроме плазматической мембраны, снаружи имеют клеточную оболочку (рис. 33). Это неживая структура выполняет функции опоры и защиты. У растений оболочка состоит из целлюлозы, а у грибов оболочка содержит хитин. Оболочки клеток бактерий образованы муреином - веществом, свойственном только прокариотам. В оболочке имеются поры - отверстия, пронизанные нитями цитоплазмы (плазмодесмами), с помощью которых клетки сообщаются друг с другом.
Строение эукариотной клетки. В эукариотной клетке различают три части: наружную мембрану, цитоплазму с органоидами, ядро (рис. 34).
Цитоплазма. Представляет собой водный раствор, в котором расположены органоиды (от греч. organon - орган и eidos - вид) и различные включения. Цитоплазма обеспечивает взаимосвязь органоидов, и в ней идут реакции обмена веществ. Цитоплазма эукариотной клетки разделена на отдельные отсеки внутриклеточными одномембранными органоидами.
Рис. 34. Ультраструктура животной (I) и растительной (II) клеток, выявленная с помощью электронного микроскопа:
1 - оболочка (у растительных клеток); 2 - плазматическая мембрана; 3 - ядро; 4 - кариоплазма с хроматином; 5 — ядрышко; 6а — гладкая эндоплазматическая сеть; 6б- гранулярная (шероховатая) эндоплазматическая сеть; 7 — митохондрии: 8 — хлоропласт (в растительных клетках): 9 - поры и плазмодесми (у растительных клеток); 10- аппарат Гольджи; 11 - центриоли клеточного центра (центросомы); 12 — центросфера клеточного центра: 13 — рибосомы; 14 — лизосомы; 15 — микротрубочки; 16 — эндоцитозный пузырек; 17 — вакуоль с клеточным соком (у растительных клеток)
Одномембранные органоиды клетки. К ним относят эндоплазматическую сеть, аппарат Гольджи и лизосомы. Все они связаны между собой происхождением и по выполняемым функциям (рис. 35).
Рис. 35. Взаимосвязь одномембранных органоидов клетки: I - эндоплазматическая сеть; II — аппарат Гольджи; III - лизосома. Процессы: 1 - встраивание пузырьков ЭПС в аппарат Гольджи; 2 - образование лизосом; 3 — соединение лизосомы с эндоцитозным пузырьком; 4 — эндоцитоз и образование эндоцитозного пузырька; 5 — экзоцитоз, вынос веществ из клетки
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) пронизывает всю цитоплазму, обеспечивает разделение реакций, несмешиваемость и транспорт веществ, сообщение между отдельными частями клетки. На гладкой ЭПС идет синтез липидов и высокомолекулярных углеводов (гликогена). На мембране гранулярной ЭПС расположены рибосомы, участвующие в синтезе белков.
Аппарат Гольджи образуется из мембран ЭПС. Синтезированные на ЭПС вещества преобразуются в аппарате Гольджи, упаковываются и выносятся из клетки. Из структур аппарата Гольджи формируются лизосомы - пузырьки с гидролитическими ферментами, обеспечивающие внутриклеточное пищеварение.
В растительных клетках имеются также вакуоли - полости, ограниченные мембраной и заполненные клеточным соком. В молодых клетках вакуоли мелкие и их много. По мере роста несколько вакуолей сливаются и образуется одна большая. В вакуоли накапливаются продукты жизнедеятельности растительной клетки. Кроме того, вакуоль поддерживает тургор клетки - натяжение ее мембраны.
Полуавтономные органоиды клетки. Они представлены митохондриями и хлоропластами, состоящими их двух мембран и имеющими свои собственные молекулы ДНК и рибосомы. Митохондрии и пластиды (хлоропласты и др.) способны к делению внутри клетки и к передаче наследственной информации.
Митохондрии характерны для всех клеток эукариот (рис. 36). Наружная мембрана митохондрий гладкая, а внутренняя имеет складки - кристы, увеличивающие внутреннюю поверхность. Внутри митохондрия заполнена матриксом, в котором расположена кольцевая молекула ДНК, различные виды РНК и рибосомы. В митохондриях происходит окончательное окисление органических веществ кислородом воздуха. Выделяющаяся при этом энергия запасается в молекулах АТФ. Поэтому митохондрии называют энергетическими станциями клетки.
Количество митохондрий в клетке зависит от ее функций. Например, в мышечных клетках содержится большое количество митохондрий, которые обеспечивают их энергией АТФ.
Рис. 36. Строение митохондрий: I — схема: 1 — наружная мембрана, 2 — внутренняя мембрана; 3 - кристы; 4 - рибосомы; 5 — ДНК митохондрий; 6 - матрикс; II - электронная микрофотография
Хлоропласти встречаются в растительных клетках (рис. 37). Внутренняя их часть заполнена стромой - полужидким содержимым, аналогичным матриксу митохондрий. В строме находятся мембранные мешочки - тилакоиды, которые уложены в виде стопок, образующих граны. Граны соединены между собой одиночными тилакоидами - ламеллами. На мембранах располагается пигмент - хлорофилл, обеспечивающий участие хлоропластов в фотосинтезе.
Рис. 37. Строение хлоропластов: I - схема: 1 - наружная мембрана: 2 - внутренняя мембрана; 3— ДНК: 4- строма: 5— граны; 6— ламелла; 7- тилакоид; 8— рибосомы; 9 — капли масла; II — электронная микрофотография
Кроме хлоропластов в растительных клетках имеются еще два вида пластид: лейкопласты и хромопласты. Лейкопласты - бесцветные пластиды округлой формы, находящиеся в неокрашенных частях растений. Они содержат запасные питательные вещества чаще в виде зерен крахмала и могут на свету превращаться в хлоропласты. Хромопласты - пластиды продолговатой формы, содержащие красный, оранжевый и желтый пигменты. Они образуются из хлоропластов, придают окраску различным органам растения.
Немембранные органоиды клетки. Рибосомы - мелкие тельца грибовидной формы, на которых происходит синтез белка. Рибосома состоит из двух субъединиц: большой и малой (рис. 38). Каждая субъединица образована рибосомальной РНК и белком. Рибосомы в цитоплазме обычно находятся в виде двух несвязанных друг с другом субъединиц. Во время синтеза белка две субъединицы рибосомы соединяются с информационной РНК и образуют единый комплекс.
Рис. 38. Строение рибосомы: 1 — малая субъединица: 2 - большая субъединица
Рис. 39. Строение микротрубочки (молекулы белка тубулина)
Рис. 40. Строение центриолей (внизу - поперечный разрез)
Во всех эукариотных клетках имеются полые цилиндрические органоиды - микротрубочки (рис. 39). Они участвуют в формировании цитоскелета клетки, т.е. выполняют функцию опоры. Кроме того, из них образованы клеточный центр и органоиды движения.
Клеточный центр, или центросома, представляет собой две центриоли и центросферу, состоящие из микротрубочек (рис. 40). Центриоли располагаются перпендикулярно друг к другу, а центросфера образует вокруг них ореол. Клеточный центр участвует в клеточном делении. Он формирует нити веретена деления и обеспечивает равномерное распределение хромосом в делящейся клетке. Клеточный центр характерен для всех клеток животных и низших растений.
Органоиды движения - реснички и жгутики - выросты цитоплазмы, окруженные плазматической мембраной (рис. 41). Внутри них находятся микротрубочки, сокращения которых приводят в движение всю клетку или жидкостей на ее поверхности. Кроме постоянных структурных элементов в клетке находятся различные включения - временные образования в виде зерен крахмала, капель масла и др.
Рис. 41. Строение реснички
Ядро. Ядро характерно для всех клеток эукариот и является самым крупным клеточным органоидом. Оно отделено от цитоплазмы ядерной оболочкой, состоящей из двух мембран (рис. 42). В ней имеются многочисленные поры, через которые осуществляется транспорт веществ между цитоплазмой и ядром. Например, из ядра в цитоплазму поступают молекулы РНК, рибосомы, а из цитоплазмы в ядро - белки и необходимые клетке питательные вещества.
Рис. 42. Строение ядра: I — схема строения: 1 — ядерная оболочка; 2 — поры; 3 — ядрышко; 4 — кариоплазма; 5 — хроматин; II - электронная микрофотография оболочки ядра, на которой хорошо заметны поры
Внутри ядро заполнено нуклеоплазмой, или кариоплазмой. В ней находятся белки, РНК, а также молекулы ДНК, несущие наследственную информацию. Обычно в ядре молекулы ДНК не видны, так как находятся в деспирализованном состоянии и представляют собой тонкие нити хроматина. Во время деления они спирализуются, утолщаются, образуют комплексы с белком и превращаются в хорошо заметные структуры - хромосомы. Часто в ядре можно увидеть одно или несколько темных округлых образований - ядрышек. Это место синтеза рибосомальной РНК, образования и сборки рибосом. Ядерный аппарат регулирует все процессы жизнедеятельности клетки и обеспечивает передачу наследственной информации.
Рис. 43. Схема строения прокариотной клетки (I): 1 - жгутик; 2 — плазматическая мембрана; 3 — оболочка; 4 — включения; 5 — мезосомы (мембраны дыхания); 6 — кольцевая молекула ДНК; 7 - фотосинтезирующие мембраны: 8 - рибосомы; электронная микрофотография бактерии (II)
Строение прокариотной клетки. В отличие от эукариотной клетки прокариотная клетка имеет достаточно простое строение (рис. 43). Оболочка прокариотной клетки образована полисахаридом муреином. В центральной части в ядерной зоне располагается, как правило, одна кольцевая молекула ДНК. В цитоплазме из всех органоидов у прокариотной клетки имеются только рибосомы. Наружная мембрана образует многочисленные впячивания - мезосомы, которые выполняют роль митохондрий и обеспечивают процессы окисления органических веществ и синтез АТФ. У фотосинтезирующих прокариот, кроме того, имеются мембраны, обеспечивающие процесс фотосинтеза. Они по функциям идентичны хлоропластам эукариотных клеток.
Клетки: прокариотные, эукариотные; плазматическая мембрана, гликокаликс, пассивный транспорт, активный транспорт: эндоцитоз (фагоцитоз, пиноцитоз), экзоцитоз; клеточная оболочка; цитоплазма и органоиды; эндоплазматическая сеть (ЭПС), аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоль, митохондрии, пластиды: хлоропласты, лейкопласты, хромопласты, рибосомы, микротрубочки, клеточный центр (центросома): центриоли и центросфера, реснички и жгутики; ядро, ядерная оболочка, нуклеоплазма (кариоплазма), хроматин, хромосомы, ядрышко, мезосомы.
1. В чем разница между прокариотной иэукариотной клетками?
2. Какое строение имеет плазматическая мембрана? 3. Как осуществляется транспорт веществ через плазматическую мембрану? 4. Какие органоиды клетки относят к одномембранным? Как они связаны между собой и какие функции выполняют в клетке? 5. В чем сходство и различие в строении митохондрий и хлоропластов? Почему их относят к полуавтономным органоидам? 6. Где в клетке образуются рибосомы, и как они поступают в цитоплазму? 7. Какие функции выполняет в клетке клеточный центр? Что произойдет с клеткой, если в ней разрушить микротрубочки? 8. Перечислите основные функции ядра. Почему ядро считают регуляторным центром клетки? 9. Заполните таблицу (в тетради).
Строение и функции органоидов клетки
|
Название органоида |
Строение |
Функции |
Рассмотрите готовые микропрепараты растительной, животной и грибной клеток. Что общего и особенного в их строении? Результаты работы оформите в виде таблицы (в тетради).
Сравнение клеток эукариот
|
Общие черты строения |
Особенности строения |
||
|
Растительная клетка |
Животная клетка |
Грибная клетка |
|