Органические соединения составляют в среднем 20-30% массы клетки живого организма. К ним относятся биологические полимеры - белки, нуклеиновые кислоты и углеводы, а также жиры и ряд небольших молекул - гормонов, пигментов, АТФ и многие другие.

В различные типы клеток входит неодинаковое количество органических соединений. В растительных клетках преобладают сложные углеводы - полисахариды, в животных - больше белков и жиров. Тем не менее, каждая из групп органических веществ в любом типе клеток выполняет сходные функции.

Липиды - так называют жиры и жироподобные вещества (липоиды). Относящиеся сюда вещества характеризуются растворимостью в органических растворителях и нерастворимостью (относительной) в воде.

Различают растительные жиры, имеющие при комнатной температуре жидкую консистенцию, и животные - твердую.

Функции липидов:

Структурная - фосфолипиды входят в состав клеточных мембран;

Запасающая - жиры накапливаются в клетках позвоночных животных;

Энергетическая - треть энергии, потребляемой клетками позвоночных животных в состоянии покоя, образуется в результате окисления жиров, которые используются и как источник воды;

Защитная - подкожный жировой слой защищает организм от механических повреждений;

Теплоизоляционная - подкожный жир помогает сохранить тепло;

Электроизоляционная - миелин, выделяемый клетками Шванна, изолирует некоторые нейроны, что во много раз ускоряет передачу нервных импульсов;

Питательная - желчные кислоты и витамин D образуются из стероидов;

Смазывающая - воски покрывают кожу, шерсть, перья животных и предохраняют их от воды; восковым налетом покрыты листья многих растений; воск используется пчелами в строительстве сот;

Гормональная - гормон надпочечников - кортизон и половые гормоны имеют липидную природу, их молекулы не содержат жирных кислот.

При расщеплении 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии.

Углеводы

В состав углеводов входят углерод, водород и кислород. Различают следующие углеводы. При расщеплении 1 г вещества выделяется 17,6 кДж энергии.

Моносахариды , или простые углеводы, которые в зависимости от содержания атомов углерода имеют названия триозы, пентозы, гексозы и т. д. Пентозы - рибоза и дезоксирибоза - входят в состав ДНК и РНК. Гексоза – глюкоза - служит основным источником энергии в клетке.

Полисахариды - полимеры, мономерами которых служат моносахариды гексозы. Наиболее известными из дисахаридов (два мономера) являются сахароза и лактоза. Важнейшими полисахаридами являются крахмал и гликоген, служащие запасными веществами клеток растений и животных, а также целлюлоза - важнейший структурный компонент растительных клеток.

Растения обладают большим разнообразием углеводов, чем животные, так как способны синтезировать их на свету в процессе фотосинтеза. Важнейшие функции углеводов в клетке: энергетическая, структурная и запасающая.

Энергетическая роль состоит в том, что углеводы служат источником энергии в растительных и животных клетках; структурная - клеточная стенка у растений почти полностью состоит из полисахарида целлюлозы; запасающая - крахмал служит запасным продуктом растений. Он накапливается в процессе фотосинтеза в вегетационный период и у ряда растений откладывается в клубнях, луковицах и т. д. В животных клетках эту роль выполняет гликоген, откладывающийся преимущественно в печени.

Белки

Среди органических веществ клетки белки занимают первое место, как по количеству, так и по значению. У животных на них приходится около 50% сухой массы клетки. В организме человека встречается около 5 млн. типов белковых молекул, отличающихся не только друг от друга, но и от белков других организмов. Несмотря на такое разнообразие и сложность строения, белки построены всего из 20 различных аминокислот. Часть белков, входящих в состав клеток органов и тканей, а также аминокислоты, поступившие в организм, но не использованные в синтезе белка, подвергаются распаду с освобождением 17,6 кДж энергии на 1 г вещества.

Белки выполняют в организме много разнообразных функций: строительную (входят в состав различных структурных образований); защитную (специальные белки - антитела - способны связывать и обезвреживать микроорганизмы и чужеродные белки) и др. Кроме этого, белки участвуют в свертывании крови, предотвращая сильные кровотечения, выполняют регуляторную, сигнальную, двигательную, энергетическую, транспортную функции (перенесение некоторых веществ в организме).

Исключительно важное значение имеет каталитическая функция белков. Термин «катализ» означает «развязывание», «освобождение». Вещества, относимые к катализаторам, ускоряют химические превращения, причем состав самих катализаторов после реакции остается таким же, каким был до реакции.

Ферменты

Все ферменты, выполняющие роль катализаторов, - вещества белковой природы, они ускоряют химические реакции, протекающие в клетке, в десятки и сотни тысяч раз. Каталитическую активность фермента обусловливает не вся его молекула, а только небольшой ее участок - активный центр, действие которого очень специфично. В одной молекуле фермента может быть несколько активных центров.

Одни молекулы ферментов могут состоять только из белка (например, пепсин) - однокомпонентные, или простые; другие содержат два компонента: белок (апофермент) и небольшую органическую молекулу - кофермент. Установлено, что в качестве коферментов в клетке функционируют витамины. Если учесть, что ни одна реакция в клетке не может осуществляться без участия ферментов, становится очевидным то важнейшее значение, которое имеют витамины для нормальной жизнедеятельности клетки и всего организма. Отсутствие витаминов снижает активность тех ферментов, в состав которых они входят.

Активность ферментов находится в прямой зависимости от действия целого ряда факторов: температуры, кислотности (pH среды), а также от концентрации молекул субстрата (вещества, на которое они действуют), самих ферментов и коферментов (витаминов и других веществ, входящих в состав коферментов).

Стимулировать или угнетать тот или иной ферментативный процесс может действие различных биологически активных веществ, как-то: гормоны, лекарственные препараты, стимуляторы роста растений, отравляющие вещества и др.

Витамины

Витамины - биологически активные низкомолекулярные органические вещества - участвуют в обмене веществ и преобразовании энергии в большинстве случаев как компоненты ферментов.

Суточная потребность человека в витаминах составляет миллиграммы, и даже микрограммы. Известно более 20 различных витаминов.

Источником витаминов для человека являются продукты питания, в основном растительного происхождения, в некоторых случаях - и животного (витамин D, A). Некоторые витамины синтезируются в организме человека.

Недостаток витаминов вызывает заболевание - гиповитаминоз, полное их отсутствие - авитаминоз, а излишек - гипервитаминоз.

Гормоны

Гормоны - вещества, вырабатываемые железами внутренней секреции и некоторыми нервными клетками - нейрогормонами. Гормоны способны включаться в биохимические реакции, регулируя процессы метаболизма (обмена веществ и энергии).

Характерными особенностями гормонов являются:1)высокая биологическая активность;2)высокая специфичность (гормональные сигналы в «клетки-мишени»);3)дистанционность действия (перенос гормонов кровью на расстояние к клеткам-мишеням);4)относительно небольшое время существования в организме (несколько минут или часов).

Нуклеиновые кислоты

Существует 2 типа нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновая) и РНК (рибонуклеиновая кислота).

АТФ - аденозинтрифосфорная кислота, нуклеотид, состоящий из азотистого основания аденина, углевода рибозы и трех молекул фосфорной кислоты.

Структура неустойчива, под влиянием ферментов переходит в АДФ – аденозиндифосфорную кислоту (отщепляется одна молекула фосфорной кислоты) с выделением 40 кДж энергии. АТФ - единый источник энергии для всех клеточных реакций.

Особенности химического строения нуклеиновых кислот обеспечивают возможность хранения, переноса и передачи по наследству дочерним клеткам информации о структуре белковых молекул, которые синтезируются в каждой ткани на определенном этане индивидуального развития.

Нуклеиновые кислоты обеспечивают устойчивое сохранение наследственной информации и контролируют образование соответствующих им белков-ферментов, а белки-ферменты определяют основные особенности обмена веществ клетки.

Изорганических соединений в клетке содержатся белки, углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты, жироподобные вещества (липоиды) и др. Таким образом, отличия живого от неживого в химическом отношении проявляются уже на молекулярном уровне.

Белки . Из всех органических веществ в клетке ведущая роль принадлежит белкам. Белки - это полимеры, их составными единицами (мономерами) являются аминокислоты. На долю белков в клетке приходится 50-80% сухой массы. Любая аминокислота состоит из карбоксила (СООН), аминогруппы (NH2) и радикала (R).

Биологическая роль белков в клетке и во всех жизненных процессах очень велика. На первом месте стоит их каталитическая функция. Все биокатализаторы (они называются ферментами или энзимами) - вещества белковой природы. Каждую химическую реакцию обусловливает свой биокатализатор.

Строительная функция белков сводится к их участию в формировании всех клеточных органоидов и мембраны. Следующая функция белка - сигнальная.

Сократительная функция белка состоит в том, что все виды двигательных реакций клетки выполняются особыми сократительными белками

Транспортная функция белков выражается в способности специфических белков крови обратимо соединяться с органическими и неорганическими веществами и доставлять их в разные органы, и ткани.

Белки выполняют и защитную функцию. В организме в ответ на проникновение в него чужеродных веществ вырабатываются антитела - особые белки, которые нейтрализуют, обезвреживают чужеродные белки.
Белки могут служить источником энергии. Расщепляясь в клетке до аминокислот и далее до конечных продуктов распада - диоксида углерода, воды и азотосодержащих веществ, они выделяют энергию, необходимую для многих жизненных процессов в клетке.

Углеводы встречаются как в животных, так и в растительных клетках, причем в последних их значительно больше-до 80% сухой массы. Углеводы участвуют в построении ряда клеточных структур - клеточной стенки растений, а в сложном сочетании с белками входят в состав костей, хрящей, связок, сухожилий Кроме того, углеводы служат источником энергии, которая расходуется на движение клеток, секрецию, синтез белков и любые другие формы деятельности клетки.

Жиры представляют собой соединение трехатомного спирта глицерина с жирными кислотами. Их содержание в клетках составляет 5-15% от сухой массы, а в некоторых клетках-до 90%.

Нуклеиновые кислоты - это высокомолекулярные органические соединения, имеющие первостепенное биологическое значение. Нуклеиновые кислоты хранят и передают наследственную информацию.

Билет 6

Прокариоты и эукариоты

Все организмы, имеющие клеточное строение, делятся на две группы: предъядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты).

Клетки прокариот, к которым относятся бактерии, в отличие от эукариот, имеют относительно простое строение. В про-кариотической клетке нет организованного ядра, в ней содержится только одна хромосома, которая не отделена от остальной части клетки мембраной, а лежит непосредственно в цитоплазме. Однако в ней также записана вся наследственная информация бактериальной клетки.

Цитоплазма прокариот по сравнению с цитоплазмой эука-риотических клеток значительно беднее по составу структур. Там находятся многочисленные более мелкие, чем в клетках эукариот, рибосомы. Функциональную роль митохондрий и хло-ропластов в клетках прокариот выполняют специальные, довольно просто организованные мембранные складки.

Клетки прокариот, так же как и эукариотические клетки, покрыты плазматической мембраной, поверх которой располагается клеточная оболочка или слизистая капсула. Несмотря на относительную простоту, прокариоты являются типичными независимыми клетками.

Для растительной клетки характерно наличие различных пластид, крупной центральной вакуоли, которая иногда отодвигает ядро к периферии, а также расположенной снаружи плазматической мембраны клеточной стенки, состоящей из целлюлозы. В клетках высших растений в клеточном центре отсутствует центриоль, встречающаяся только у водорослей. Резервным питательным углеводом в клетках растений является крахмал.

В клетках представителей царства грибов клеточная стенка обычно состоит из хитина - вещества, из которого построен наружный скелет членистоногих животных. Имеется центральная вакуоль, отсутствуют пластиды. Только у некоторых грибов в клеточном центре встречается центриоль. Запасным углеводом в клетках грибов является гликоген.

В клетках животных отсутствует плотная клеточная стенка, нет пластид. Нет в животной клетке и центральной вакуоли. Центриоль характерна для клеточного центра животных клеток. Резервным углеводом в клетках животных также является гликоген.

Современная клеточная теория включает следующие основные положения:

1. Клетка - основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого.

2.В сложных многоклеточных организмах клетки дифференцированы по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

3.Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов гомологичны по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ.

4.Размножение клеток происходит путем их деления. Положения о генетической непрерывности относится не только к клетке в целом, но и к некоторым из ее более мелких компонентов - к генам и хромосомам, а также к генетическому механизму, обеспечивающему передачу вещества наследственности следующему поколению.

5.Многоклеточный организм представляет собой новую систему, сложный ансамбль из множества клеток, объединенных и интегрированных в системе ткане и органов, связанных друг с другом с помощью химических факторов, гуморальных и нервных (молекулярнаярегуляция).

6. Клетки многоклеточных тотипотенты, т. е. обладают генетическими потенциями всех клеток данного организма, равнозначны по генетической информации, но отличаются друг от друга разной экспрессией (работай) различных генов, что приводит к их морфологическому и функциональному разнообразию - к дифференцировке.

Исследователи XVII века, показавшие распространенность «клеточного строения» растений, не оценили значение открытия клетки. Они представляли клетки в качестве пустот в непрерывной массе растительных тканей. Грю рассматривал стенки клеток как волокна, поэтому он ввел термин «ткань», по аналогии с текстильной тканью. Исследования микроскопического строения органов животных носили случайный характер и не дали каких-либо знаний об их клеточном строении.

В XVIII веке совершаются первые попытки сопоставления микроструктуры клеток растений и животных. К. Ф. Вольф в работе «Теории зарождения» (1759) пытается сравнить развитие микроскопического строения растений и животных. По Вольфу, зародыш как у растений, так и у животных развивается из бесструктурного вещества, в котором движение создают каналы (сосуды) и пустоты (клетки). Фактические данные, приводившиеся Вольфом, были им ошибочно истолкованы и не прибавили новых знаний к тому, что было известно микроскопистам XVII века. Однако теоретические представления в значительной мере предвосхитили идеи будущей клеточной теории.

В первую четверть XIX века происходит значительное углубление представлений о клеточном строении растений, что связано с существенными улучшениями в конструкции микроскопа (в частности, созданием ахроматических линз).

Линк и Молднхоуэр устанавливают наличие у растительных клеток самостоятельных стенок. Выясняется, что клетка есть некая морфологически обособленная структура. В 1831 году Моль доказывает, что даже такие, казалось бы, неклеточные структуры растений, как водоносные трубки, развиваются из клеток.

Мейен в «Фитотомии» (1830) описывает растительные клетки, которые «бывают или одиночными, так что каждая клетка представляет собой особый индивид, как это встречается у водорослей и грибов, или же, образуя более высоко организованные растения, они соединяются в более и менее значительные массы». Мейен подчёркивает самостоятельность обмена веществ каждой клетки.

В 1831 году Роберт Браун описывает ядро и высказывает предположение, что оно является составной частью растительной клетки.

Современная клеточная теория исходит из того, что клеточная структура является главнейшей формой существования жизни, присущей как растениям, так и животным. Совершенствование клеточной структуры явилось главным направлением эволюционного развития как у растений, так и у животных, и клеточное строение прочно удержалось у большинства современных организмов.

Вместе с тем должны быть подвергнуты переоценке догматические и методологически неправильные положения клеточной теории:

• Клеточная структура является главной, но не единственной формой существования жизни. В развитии органического мира был период, когда не существовало обособления кариоплазмы в виде морфологически выраженного ядра; различные формы доклеточного строения встречаются у некоторых организмов (бактериофаги, вирусы, спирохеты, различные группы бактерий и синезелёные).
• Клеточная теория рассматривала организм как сумму клеток, а жизнепроявления организма растворяла в сумме жизнепроявлений составляющих его клеток. Этим игнорировалась целостность организма, закономерности целого подменялись суммой частей.
• Считая клетку всеобщим структурным элементом, клеточная теория рассматривала как вполне гомологичные структуры тканевые клетки и гаметы, протисты и бластомеры. Применимость понятия клетки к протистам является дискуссионным вопросом клеточного учения. В тканевых клетках, половых клетках, протистах проявляется общая клеточная организация, выражающаяся в морфологическом выделении кариоплазмы в виде ядра, однако эти структуры нельзя считать качественно равноценными, вынося за пределы понятия «клетка» все их специфические особенности.

Введение.

Клетка – элементарная единица жизни на Земле. Она обладает всеми признаками живого организма: растет, размножается, обменивается с окружающей средой веществами и энергией, реагирует на внешние раздражители.

Начало биологической эволюции связано с появлением на Земле клеточных форм жизни.

Одноклеточные организмы представляют собой существующие отдельно друг от друга клетки. Тело всех многоклеточных – животных и растений – построено из большего или меньшего числа клеток, которые являются своего рода блоками, составляющими сложный организм. Независимо от того, представляет ли собой клетка целостную живую систему – отдельный организм или составляет лишь его часть, она наделена набором признаков и свойств, общим для всех клеток.

Цель: изучить элементарную единицу строения живых организмов – клетку.

Основные задачи:

ü Познакомиться с неорганическими и органическими веществами клетки.

ü Рассмотреть обмен веществ и преобразование энергии в клетке.

ü Изучить клеточную теорию строения организмов.

1. Химический состав клетки.

В клетках обнаружено около 60 элементов периодической системы Менделеева, встречающихся и в неживой природе. Это одно из доказательств общности живой и неживой природы. В живых организмах наиболее распространены водород, кислород, углерод и азот, которые составляют около 98% массы клеток. Такое обусловлено особенностями химических свойств водорода, кислорода, углерода и азота, вследствие чего они оказались наиболее подходящими для образования молекул, выполняющих биологические функции. Эти четыре элемента способны образовывать очень прочные ковалентные связи посредством спаривания электронов, принадлежащих двум атомам. Ковалентно связанные атомы углерода могут формировать каркасы бесчисленного множества различных органических молекул. Поскольку атомы углерода легко образуют ковалентные связи с кислородом, водородом, азотом, а также с серой, органические молекулы достигают исключительной сложности и разнообразия строения.

Кроме четырех основных элементов в клетке в заметных количествах (10 ые и 100 ые доли процента) содержатся железо, калий, натрий, кальций, магний, хлор, фосфор и сера. Все остальные элементы (цинк, медь, йод, фтор, кобальт, марганец и др.) находятся в клетке в очень малых количествах и поэтому называются микроэлементами.

Химические элементы входят в состав неорганических и органических соединений. К неорганическим соединениям относятся вода, минеральные соли, диоксид углерода, кислоты и основания. Органические соединения – это белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры (липиды) и липоиды. Кроме кислорода, водорода, углерода и азота в их состав могут входить другие элементы. Некоторые белки содержат серу. Составной частью нуклеиновых кислот является фосфор. Молекула гемоглобина включает железо, магний участвует в построении молекулы хлорофилла. Микроэлементы, несмотря на крайне низкое содержание в живых организмах, играют важную роль в процессах жизнедеятельности. Йод входит в состав гормона щитовидной железы – тироксина, кобальт – в состав витамина В 12 . гормон островковой части поджелудочной железы – инсулин – содержит цинк. У некоторых рыб место железа в молекулах пигментов, переносящих кислород, занимает медь.

1.1. Неорганические вещества.

1.1.1. Вода.

Н 2 О – самое распространенное соединение в живых организмах. Содержание ее в разных клетках колеблется в довольно широких пределах: от 10% в эмали зубов до 98% в теле медузы, но среднем она составляет около 80% массы тела. Исключительно важная роль воды в обеспечении процессов жизнедеятельности обусловлена ее физико-химическими свойствами. Полярность молекул и способность образовывать водородные связи делают воду хорошим растворителем для огромного количества веществ. Большинство химических реакций, протекающих в клетке, может происходить только в водном растворе. Вода участвует и во многих химических превращениях.

Общее число водородных связей между молекулами воды изменяется в зависимости от t°. При t° таяния льда разрушается примерно 15% водородных связей, при t° 40°С – половина. При переходе в газообразное состояние разрушаются все водородные связи. Этим объясняется высокая удельная теплоемкость воды. При изменении t° внешней среды вода поглощает или выделяет теплоту вследствие разрыва или новообразования водородных связей. Таким путем колебания t° внутри клетки оказываются меньшими, чем в окружающей среде. Высокая теплота испарения лежит в основе эффективного механизма теплоотдачи у растений и животных.

Вода как растворитель принимает участие в явлениях осмоса, играющего важную роль в жизнедеятельности клетки организма. Осмосом называют проникновение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану в раствор какого-либо вещества. Полупроницаемыми называются мембраны, которые пропускают молекулы растворителя, но не пропускают молекулы (или ионы) растворенного вещества. Следовательно, осмос – односторонняя диффузия молекул воды в направлении раствора.

Соединений в клетке содержатся белки, углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты, жироподобные вещества (липоиды) и др. Таким образом, отличия живого от неживого в химическом отношении проявляются уже на молекулярном уровне. Белки. Из всех органических веществ в клетке ведущая роль принадлежит белкам. Белки - это полимеры, их составными единицами (мономерами) являются аминокислоты. На долю белков в...

Свидетельствующие о теоретической возможности перерождения - нормализации опухолевых клеток. Было отмечено, что при введении некоторых веществ (масляной кислоты, диметилсульфоксида, витамина А и др.) в клеточную культуру опухоли, клетки по некоторым биохимическим признакам становились похожими на нормальные, однако при удалении этих веществ клетки вновь приобретали опухолевые черты. Беатриса...

В репликации и распределении наследственной информации между дочерними клетками, а следовательно, и в регуляции клеточного деления и процессов развития организма. Обмен веществ и превращение энергии в клетке. Все живые организмы на Земле представляют собой открытые системы, способные активно организовывать поступление энергии и вещества извне. Энергия необходима для...

Клетка

С точки зрения концепции живых систем по А. Ленинджеру.

Живая клетка – это способная к саморегуляции и самовоспроизведению изотермическая система органических молекул, извлекающая энергию и ресурсы из окружающей среды.

В клетке протекает большое количество последовательных реакций, скорость которых регулируется самой клеткой.

Клетка поддерживает себя в стационарном динамическом состоянии, далеком от равновесия с окружающей средой.

Клетки функционируют по принципу минимального расхода компонентов и процессов.

Т.о. клетка – элементарная живая открытая система, способная к самостоятельному существованию, воспроизведению и развитию. Она является элементарной структурно-функциональной единицей всех живых организмов.

Химический состав клеток.

Из 110 элементов периодической системы Менделеева в организме человека обнаружено 86 постоянно присутствующих. 25 из них необходимы для нормальной жизнедеятельности, причем 18 из них необходимы абсолютно, а 7 - полезны. В соответствии с процентным содержанием в клетке химические элементы делят на три группы:

Макроэлементы Основные элементы (органогены) – водород, углерод, кислород, азот. Их концентрация: 98 – 99,9 %. Они являются универсальными компонентами органических соединений клетки.

Микроэлементы – натрий, магний, фосфор, сера, хлор, калий, кальций, железо. Их концентрация 0,1%.

Ультрамикроэлементы – бор, кремний, ванадий, марганец, кобальт, медь, цинк, молибден, селен, йод, бром, фтор. Они влияют на обмен веществ. Их отсутствие является причиной заболеваний (цинк - сахарный диабет, иод - эндемический зоб, железо - злокачественная анемия и т.д.).

Современной медицине известны факты отрицательного взаимодействия витаминов и минералов:

Цинк снижает усвоение меди и конкурирует за усвоение с железом и кальцием; (а дефицит цинка вызывает ослабление иммунной системы, ряд патологических состояний со стороны желез внутренней секреции).

Кальций и железо снижают усвоение марганца;

Витамин Е плохо совмещается с железом, а витамин С – с витаминами группы В.

Положительное взаимовлияние:

Витамин Е и селен, а также кальций и витамин К действуют синергично;

Для усвоения кальция необходим витамин Д;

Медь способствует усвоению и повышает эффективность использования железа в организме.

Неорганические компоненты клетки.

Вода – важнейшая составная часть клетки, универсальная дисперсионная среда живой материи. Активные клетки наземных организмов состоят на 60 – 95% из воды. В покоящихся клетках и тканях (семена, споры) воды 10 - 20%. Вода в клетке находится в двух формах – свободной и связанной с клеточными коллоидами. Свободная вода является растворителем и дисперсионной средой коллоидной системы протоплазмы. Ее 95%. Связанная вода (4 – 5 %) всей воды клетки образует непрочные водородные и гидроксильные связи с белками.

Свойства воды:

Вода – естественный растворитель для минеральных ионов и других веществ.

Вода – дисперсионная фаза коллоидной системы протоплазмы.

Вода является средой для реакций метаболизма клетки, т.к. физиологические процессы происходят в исключительно водной среде. Обеспечивает реакции гидролиза, гидратации, набухания.

Участвует во многих ферментативных реакциях клетки и образуется в процессе обмена веществ.

Вода – источник ионов водорода при фотосинтезе у растений.

Биологическое значение воды:

Большинство биохимических реакций идет только в водном растворе, многие вещества поступают и выводятся из клеток в растворенном виде. Это характеризует транспортную функцию воды.

Вода обеспечивает реакции гидролиза – расщепление белков, жиров, углеводов под действием воды.

Благодаря большой теплоте испарения происходит охлаждение организма. Например, потоотделение у человека или транспирация у растений.

Большая теплоемкость и теплопроводность воды способствует равномерному распределению тепла в клетке.

Благодаря силам адгезии (вода – почва) и когезии (вода – вода) вода обладает свойством капиллярности.

Несжимаемость воды определяет напряженное состояние клеточных стенок (тургор), гидростатический скелет у круглых червей.

Организм человека включает множество химических элементов: обнаружено присутствие 86 элементов из таблицы Д. И. Менделеева. Однако 98% массы нашего организма образовано всего четырьмя элементами: кислородом (около 70%), углеродом (15-18%), водородом (около 10%) и азотом (около 2%). Все остальные элементы подразделяются на макроэлементы (около 2% массы) и микроэлементы (около 0,1% массы). К макроэлементам относят фосфор, калий, натрий, железо, магний, кальций, хлор и серу, а к микроэлементам - цинк, медь, иод, фтор, марганец и другие элементы. Несмотря на очень малые количества, микроэлементы необходимы как каждой клетке, так и всему организму в целом.

В клетках атомы и группы атомов различных элементов способны терять или приобретать электроны. Так как электрон имеет отрицательный заряд, то потеря электрона приводит к тому, что атом или группа атомов становятся положительно заряженными, а приобретение электрона делает атом или группу атомов отрицательно заряженными. Такие электрически заряженные атомы и группы атомов называются ионами. Противоположно заряженные ионы притягивают друг друга. Связь, обусловленная таким притяжением, называется ионной. Ионные соединения состоят из отрицательных и положительных ионов, противоположные заряды которых равны по величине, и поэтому в целом молекула электронейтральна. Примером ионного соединения может служить поваренная соль, или хлорид натрия NaCl. Это вещество образуют ионы натрия Na + с зарядом +1 и хлорид-ионы Cl − с зарядом −1.

В состав клетки входят неорганические и органические вещества. Среди неорганических преобладает вода, содержание которой колеблется от 90% в организме эмбриона до 65% в организме пожилого человека. Вода - универсальный растворитель, и почти все реакции в нашем организме проходят в водных растворах. Внутреннее пространство клеток и органоидов клеток представляет собой водный раствор различных веществ. Растворимые в воде вещества (соли, кислоты, белки, углеводы, спирты и др.) называют гидрофильными, а нерастворимые (например, жиры) - гидрофобными.

Важнейшими органическими веществами, входящими в состав клеток, являются белки. Содержание белков в различных клетках колеблется от 10 до 20%. Белковые молекулы очень велики и представляют собой длинные цепочки (полимеры), собранные из повторяющихся единиц (мономеров). Мономерами белков являются аминокислоты. Длина, а следовательно, и масса белковой молекулы могут сильно варьировать: от двух аминокислот до многих тысяч. Короткие белковые молекулы принято называть пептидами. В состав белков входит около 20 видов аминокислот, соединенных между собой пептидными связями. Последовательность аминокислот в молекуле каждого белка строго определена и называется первичной структурой белка. Эта цепочка аминокислот свертывается в спираль, называемую вторичной структурой белка. У каждого белка эта спираль по-своему располагается в пространстве, скручиваясь в более или менее сложную третичную структуру, или глобулу, определяющую биологическую активность молекулы белка. Молекулы некоторых белков образованы несколькими удерживающимися вместе глобулами. Принято говорить, что такие белки имеют, кроме того, и четвертичную структуру.

Белки выполняют целый ряд важнейших функций, без которых невозможно существование ни отдельно взятой клетки, ни целого организма. Структурно-строительная функция основана на том, что белки - важнейшие составляющие части всех мембран: в большинстве клеток есть цитоскелет, образованный определенными видами белков. В качестве примеров белков, выполняющих структурно-строительную функцию, можно привести коллаген и эластин, которые обеспечивают упругость и прочность кожи и являются основой связок, соединяющих мышцы с суставами и суставы между собой.

Каталитическая функция белков заключается в том, что особые виды белков - ферменты - способны ускорять течение химических реакций, причем иногда во много миллионов раз. Все движения клеток осуществляются с помощью специальных белков (актин, миозин и др.). Таким образом, белки выполняют двигательную функцию. Другая функция белков, транспортная, проявляется в том, что они способны переносить кислород (гемоглобин) и целый ряд других веществ: железо, медь, витамины. Основой иммунитета также являются особые белки - антитела, способные связывать бактерии и другие чужеродные агенты, делая их безопасными для организма. Эта функция белков получила название защитной. Многие гормоны и другие вещества, регулирующие функции клеток и всего организма, являются короткими белками, или пептидами. Таким образом, белки выполняют регуляторные функции. (Подробно о регуляторных белках и пептидах см. в разделе, посвященном эндокринной системе.) При окислении белков выделяется энергия, которую организм может использовать. Однако белки слишком важны для организма, да и энергетическая ценность белков ниже, чем у жиров, поэтому обычно белки расходуются на энергетические нужды только в крайнем случае, при истощении запасов углеводов и жиров.

Другой класс химических веществ, необходимый для жизни, - углеводы, или сахара. Углеводы подразделяются на моносахариды и полисахариды, построенные из моносахаридов. Среди моносахаридов важнейшими являются глюкоза, фруктоза, рибоза. Из полисахаридов в животных клетках чаще всего встречается гликоген, а в растительных - крахмал и целлюлоза.

Углеводы выполняют две важнейшие функции: энергетическую и структурно-строительную. Так, для клеток нашего мозга глюкоза является практически единственным источником энергии, и уменьшение ее содержания в крови опасно для жизни. В печени человека хранится небольшой запас полимера глюкозы - гликогена, его достаточно, чтобы покрывать потребность в глюкозе в течение приблизительно двух суток.

Суть структурно-строительной функции углеводов заключается в следующем: сложные углеводы, соединенные с белками (гликопротеины) или жирами (гликолипиды), входят в состав клеточных мембран, обеспечивая взаимодействие клеток между собой.

В состав клеток входят также жиры, или липиды. Их молекулы построены из глицерина и жирных кислот. К жироподобным веществам относятся холестерин, стероиды, фосфолипиды и др. Липиды входят в состав всех клеточных мембран, являясь их основой. Липиды гидрофобны и вследствие этого непроницаемы для воды. Таким образом, липидные слои мембраны защищают содержимое клетки от растворения. Это их структурно-строительная функция. Однако липиды - важный источник энергии: при окислении жиров выделяется в два с лишним раза больше энергии, чем при окислении такого же количества белков или углеводов.

Нуклеиновые кислоты представляют собой полимеры, построенные из мономеров - нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара и остатка фосфорной кислоты. Существуют два вида нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК), отличающиеся по составу азотистых оснований и сахаров.

Азотистых оснований четыре: аденин, гуанин, цитозин и тимин. Они и определяют названия соответствующих нуклеотидов: адениловый (А), гуаниловый (Г), цитидиловый (Ц) и тимидиловый (Т) (рис. 1.1).

Каждая цепь ДНК представляет полинуклеотид, состоящий из нескольких десятков тысяч нуклеотидов.

Молекула ДНК имеет сложное строение. Она состоит из двух спирально закрученных цепей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями. Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью.

При образовании двойной спирали ДНК азотистые основания одной цепи располагаются в строго определенном порядке против азотистых оснований другой. При этом обнаруживается важная закономерность: против аденина одной цепи всегда располагается тимин другой цепи, против гуанина - цитозин и наоборот. Это объясняется тем, что пары нуклеотидов аденин и тимин, а также гуанин и цитозин строго соответствуют друг другу и являются дополнительными, или комплементарными (от лат. complementum - дополнение), друг другу. Между аденином и тимином всегда возникают две, а между гуанином и цитозином - три водородные связи (рис. 1.2). Следовательно, у всякого организма число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых, а число гуаниловых - числу цитидиловых. Зная последовательность нуклеотидов в одной цепи ДНК, по принципу комплементарности можно установить порядок нуклеотидов другой цепи.

С помощью четырех типов нуклеотидов в ДНК записана вся важная информация об организме, передающаяся по наследству следующим поколениям, другими словами, ДНК выступает носителем наследственной информации.

Молекулы ДНК в основном находятся в ядрах клеток, но небольшое их количество содержится в митохондриях и пластидах.

Молекула РНК, в отличие от молекулы ДНК, - полимер, состоящий из одной цепочки значительно меньших размеров. Мономерами РНК являются нуклеотиды, состоящие из рибозы, остатка фосфорной кислоты и одного из четырех азотистых оснований. Три азотистых основания - аденин, гуанин и цитозин - такие же, как и у ДНК, а четвертое - урацил. Образование полимера РНК происходит через ковалентные связи между рибозой и остатком фосфорной кислоты соседних нуклеотидов.

Выделяют три типа РНК, различающихся по структуре, величине молекул, расположению в клетке и выполняемым функциям.

Рибосомные РНК (р-РНК) входят в состав рибосом и участвуют в формировании активного центра рибосомы, где происходит процесс биосинтеза белка.

Транспортные РНК (т‑РНК) - самые небольшие по размеру - транспортируют аминокислоты к месту синтеза белка.

Информационные, или матричные, РНК (и-РНК) синтезируются на участке одной из цепей молекулы ДНК и передают информацию о структуре белка из ядра клеток к рибосомам, где эта информация реализуется.

Таким образом, различные типы РНК представляют собой единую функциональную систему, направленную на реализацию наследственной информации через синтез белка.

Молекулы РНК находятся в ядре, цитоплазме, рибосомах, митохондриях и пластидах клетки.

Важным химическим компонентом каждой клетки является аденозинтрифосфат (АТФ). Это нуклеотид, при распаде которого высвобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности клетки, состоящий из азотистого основания, углевода рибозы и трех остатков фосфорной кислоты (рис. 1.3); содержится в цитоплазме, митохондриях, пластидах и ядрах.

Структура АТФ неустойчива. При отделении одного остатка фосфорной кислоты АТФ переходит в аденозиндифосфат (АДФ), если отделяется еще один остаток фосфорной кислоты (что бывает крайне редко), то АДФ переходит в аденозинмонофосфат (АМФ). При отделении каждого остатка фосфорной кислоты освобождается 40 кДж энергии.

Связь между остатками фосфорной кислоты называют макроэргической (она обозначается символом ~), так как при ее разрыве выделяется почти в четыре раза больше энергии, чем при расщеплении других химических связей (рис. 1.4).

Для того чтобы синтезировать АТФ из АДФ, необходимо затратить столько же энергии, сколько выделяется при распаде этого вещества. В клетках АТФ синтезируется в процессе распада органических молекул: углеводов, жиров, реже белков.

Витамины (от лат. vita - жизнь) - сложные биоорганические соединения, необходимые в малых количествах для нормальной жизнедеятельности организмов. В отличие от других органических веществ витамины не используются в качестве источника энергии или строительного материала. Некоторые витамины организмы могут синтезировать сами (например, бактерии способны синтезировать практически все витамины), другие витамины поступают в организм с пищей.

Витамины принято обозначать буквами латинского алфавита. В основу современной классификации витаминов положена их способность растворяться в воде и жирах. Различают жирорастворимые (A, D, Е и К) и водорастворимые (В, С, РР и др.) витамины.

Витамины играют большую роль в обмене веществ и других процессах жизнедеятельности организма. Как недостаток, так и избыток витаминов может привести к серьезным нарушениям многих физиологических функций в организме.

Кроме перечисленных неорганических (вода, минеральные соли) и органических соединений (углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты, витамины), в любой клетке всегда есть много других органических веществ. Они являются промежуточными или конечными продуктами биосинтеза и распада.

Строение клетки

Каждая клетка, несмотря на свои малые размеры, устроена очень сложно. Клетки содержат структуры для потребления питательных веществ и энергии, выделения продуктов обмена, размножения. Все эти стороны жизнедеятельности клетки тесно увязаны друг с другом.

Внутреннее полужидкое содержимое клетки получило название цитоплазмы. В цитоплазме большинства клеток находится ядро, координирующее жизнедеятельность клетки, и многочисленные органоиды, выполняющие разнообразные функции.

В клетке как в единой системе все части - цитоплазма, ядро, органоиды - должны удерживаться вместе. Для этого в процессе эволюции развилась клеточная 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 у всех клеток одинаково. Ее толщина составляет приблизительно 8 нм (1 нм = 10 −9 м), поэтому увидеть мембрану в световой микроскоп невозможно. Данные, полученные при помощи электронного микроскопа, позволили заключить, что основу мембраны составляет двойной слой молекул липидов (рис. 1.5), в котором расположены многочисленные молекулы белков. Одни 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 небольшой диаметр. Однако более крупные частицы через мембранные каналы пройти не могут. Молекулы пищевых веществ - белки, углеводы, липиды - 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 (рис. 1.6, а). Внутрь образовавшегося пузырька проникают пищеварительные ферменты, и возникает пищеварительная вакуоль. Путем фагоцитоза питаются простейшие. У многоклеточных организмов некоторые лейкоциты крови (довольно крупные амебовидные клетки), передвигаясь в крови и лимфе, также способны активно захватывать и переваривать чужеродные бактерии. Их называют фагоцитами.

Пиноцитоз отличается от фагоцитоза лишь тем, что впячивание наружной мембраны захватывает не твердые частицы, а капельки жидкости с растворенными в ней веществами (рис. 1.6, б). Это один из основных механизмов проникновения веществ в клетку.

Внешняя поверхность наружной мембраны клетки покрыта слоем различных молекул, связанных с белками мембраны. Совокупность этих молекул называется гликокаликсом. В состав гликокаликса входят молекулы гликолипидов, гликопротеинов, цепочки полисахаридов. Многие молекулы гликокаликса являются частью специфических молекулярных рецепторов, при помощи которых клетка способна реагировать на различные внешние сигналы. Свободный конец рецептора, обращенный в межклеточную среду, имеет строго определенную форму. Поэтому взаимодействовать с рецептором могут только те молекулы, которые подходят к нему, как ключ к замку. Именно благодаря существованию специфических рецепторов на поверхности клетки могут закрепляться молекулы так называемых информонов: медиаторов, модуляторов, гормонов, ферментов. К внутренней поверхности клеточной мембраны примыкают белки цитоплазмы. Они передают информацию внутрь клетки и запускают сложные каскады биохимических реакций, изменяющих работу всей клетки.

При контакте клеток между собой их клеточные мембраны взаимодействуют, образуя межклеточные соединения различных видов. Благодаря таким соединениям соседние однотипные клетки могут быстро обмениваться электрическими и химическими сигналами.

Клеточное ядро - это важнейшая часть клетки. Оно есть почти во всех клетках многоклеточных организмов. Исключение составляют красные кровяные тельца человека - эритроциты. Не имеют ядра и древнейшие на Земле одноклеточные существа - бактерии, поэтому их называют прокариотами (от лат. pro - перед, раньше и гр. karyon - ядро). Клетки всех остальных организмов - грибов, растений, животных - содержат хорошо оформленное ядро, поэтому их называют эукариотами (от гр. eu - хорошо, полностью).

Почему ядро так важно для жизнедеятельности клетки? Клеточное ядро содержит ДНК - вещество наследственности, в котором зашифрованы все свойства клетки. Поэтому ядро необходимо для осуществления двух важнейших функций: деления, при котором образуются новые клетки, во всем подобные материнской, и регулирования всех процессов белкового синтеза, обмена веществ и энергии, протекающих в клетке.

Ядро чаще всего имеет шаровидную или овальную форму. Обычно в клетках находится одно ядро, хотя есть и исключения. Например, два ядра у инфузории-туфельки, множество ядер - в волокнах поперечно-полосатых мышц.

От цитоплазмы ядро отделено оболочкой, состоящей из двух мембран (рис. 1.7). Внутренняя мембрана гладкая, а наружная имеет многочисленные выступы. Общая толщина клеточной оболочки - около 30 нм. 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 ядрышки.

Хроматин представляет собой нити ДНК. Если клетка начинает делиться, то нити хроматина плотно скручиваются в спираль. Такие плотные образования называются хромосомами. Они хорошо видны в микроскоп. Если же посмотреть в микроскоп на клетку между делениями, то окажется, что хромосомы раскручены до тончайших нитей ДНК. Дело в том, что гены - участки ДНК, в которых зашифрована структура какого-либо белка, - могут функционировать только в деспирализованном виде. Таким образом, в зависимости от того, в каком состоянии находится клетка, хроматин будет иметь вид или хромосом, или тончайших деспирализованных нитей.

Набор хромосом, содержащийся в клетках того или иного вида организмов, получил название кариотипа. Перед делением клетки хромосомы спирализуются и становятся хорошо различимыми в световой микроскоп. При рассмотрении хромосом становится очевидным, что у разных видов живых организмов число хромосом различное. Если число хромосом в клетках двух видов животных или растений одинаково, то различными будут их размеры, т. е. кариотип всегда неповторим.

Клетки, составляющие органы и ткани любого многоклеточного организма, получили название соматических. Ядра соматических клеток содержат, как правило, двойной, или диплоидный, набор хромосом - по две хромосомы каждого вида (рис. 1.8). Исходно половина хромосом досталась каждой клетке от материнской яйцеклетки, и точно такие же хромосомы - от сперматозоида отца. Парные, т. е. абсолютно одинаковые, хромосомы (одна - от матери, другая - от отца) получили название гомологичных хромосом. Исключение составляют половые хромосомы: X - доставшаяся от матери и одна из двух - X или Y - доставшаяся от отца. Количество хромосом в ядре клеток какого-либо организма не определяет уровень его сложности. Так, диплоидный набор в клетках аскариды - 2 хромосомы; мушки-дрозофилы - 8; зеленой жабы - 26; пресноводной гидры - 32; человека - 46; домашней собаки - 78; речного рака - 118, а миноги - 174.

Набор различных по размерам и форме хромосом клеток данного вида, где каждая хромосома представлена в единственном числе, называется гаплоидным, в отличие от диплоидного набора, когда каждой хромосомы - по две. Гаплоидный набор содержится в ядрах половых клеток (гамет). Если у человека диплоидный набор - 46 хромосом, то гаплоидный соответственно - 23.

В интерфазе клеточного деления каждая хромосома удваивается и состоит из двух хроматид. При этом у человека в соматических клетках будет 92 хроматиды, попарно соединенных в 46 хромосом.

Ядрышко представляет собой плотное округлое тело, взвешенное в ядерном соке. Ядрышки связаны с определенными участками ДНК ядра. Функция ядрышек - синтез РНК и белков, из которых формируются особые органоиды - рибосомы. Обычно в ядре клетки бывает от одного до семи ядрышек. Они хорошо видны между делениями клетки, а во время деления - разрушаются.

Вся цитоплазма пронизана многочисленными каналами, стенки которых образованы мембраной, сходной с той, что составляет наружную оболочку клетки (рис. 1.9). Эти каналы могут ветвиться, соединяться друг с другом, и в результате возникает единая транспортная система клетки, получившая название эндоплазматической сети (ЭПС). Каналов ЭПС так много, что они могут занимать до 50% внутреннего объема клетки. Просвет каналов ЭПС бывает различным, но средняя его величина - 50 нм. При большом увеличении под микроскопом видно, что часть мембран сети покрыта рибосомами. Эту часть ЭПС называют шероховатой (гранулярной ). Основная функция шероховатой ЭПС - синтез белков в рибосомах. Особенно развит этот вид каналов в клетках желез, где происходит синтез гормональных белков. Другая часть ЭПС не покрыта рибосомами и получила название гладкой. Гладкая ЭПС, по-видимому, выполняет в основном транспортную функцию. Этот вид каналов часто встречается в клетках селезенки и лимфатических узлов человека. Таким образом, ЭПС, с одной стороны, является транспортной системой клетки, а с другой стороны, в ней происходит синтез ряда веществ, необходимых иногда только самой клетке, а в других случаях - и многим клеткам многоклеточного организма.

Рибосомы - это небольшие шарообразные органоиды, диаметром 10-30 нм. Образованы они рибонуклеиновыми кислотами и белками. Каждая рибосома состоит из нескольких частей. Рибосомы формируются в ядрышках ядра, затем выходят в цитоплазму, где и начинают выполнять свою функцию - синтез белков. В цитоплазме рибосомы чаще всего расположены на шероховатой ЭПС. Реже они свободно взвешены в цитоплазме клетки.

Образующиеся в клетке белки, жиры и углеводы далеко не всегда используются сразу же, поэтому значительная часть синтезируемых клеткой веществ по каналам ЭПС поступает в особые полости, отграниченные от цитоплазмы мембраной. Эти полости, уложенные своеобразными стопками, «цистернами», получили название комплекса Гольджи (рис. 1.10). Здесь вещества, необходимые самой клетке, например 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. Чаще всего цистерны комплекса Гольджи расположены вблизи от ядра клетки.

Когда в клетку путем фагоцитоза или пиноцитоза попадают различные питательные вещества, их необходимо переваривать. При этом белки должны разрушиться до отдельных аминокислот, полисахариды - до молекул глюкозы или фруктозы, липиды - до глицерина и жирных кислот. Чтобы внутриклеточное переваривание стало возможным, фагоцитарный или пиноцитарный пузырек должен слиться с лизосомой (рис. 1.11). Лизосома - маленький пузырек, диаметром всего 0,5-1,0 мкм, содержащий большой набор ферментов, способных разрушать пищевые вещества. В одной лизосоме могут находиться 30-50 различных ферментов. Лизосомы окружены мембраной, способной выдержать воздействие этих ферментов. Формируются лизосомы в комплексе Гольджи. Именно в этой структуре накапливаются синтезированные пищеварительные ферменты, а затем от цистерн комплекса Гольджи отходят в цитоплазму лизосомы, которые иногда разрушают и саму клетку, в которой образовались.

В цитоплазме расположены также митохондрии - энергетические органоиды клеток (рис. 1.12). Форма митохондрий различна: они могут быть овальными, округлыми, палочковидными. Диаметр их около 1 мкм, а длина - до 7-10 мкм. Митохондрии покрыты двумя мембранами: внешняя мембрана гладкая, а внутренняя имеет многочисленные складки и выступы - кристы. В мембрану крист встроены ферменты, синтезирующие за счет энергии питательных веществ, поглощенных клеткой, молекулы АТФ - универсального источника энергии для всех процессов, происходящих в клетке.

Количество митохондрий в клетках различных живых существ и тканей неодинаково. Например, в сперматозоидах может быть всего одна митохондрия. Зато в клетках тканей, где велики энергетические затраты, митохондрий бывает до нескольких тысяч. Количество митохондрий в клетке зависит и от ее возраста: в молодых клетках митохондрий гораздо больше, чем в стареющих. Митохондрии содержат собственную ДНК и могут самостоятельно размножаться. Например, перед делением клетки число митохондрий в ней возрастает таким образом, чтобы их хватило на две клетки.

Клеточный центр расположен в цитоплазме всех клеток вблизи от ядра. Он необходим для формирования внутреннего скелета клетки - цитоскелета. Из области клеточного центра расходятся многочисленные микротрубочки, поддерживающие форму клетки и играющие роль своеобразных рельсов для движения органоидов по цитоплазме. У животных и низших растений клеточный центр образован двумя центриолями - цилиндрами длиной около 0,3 мкм и диаметром 0,1 мкм, состоящими из тончайших микротрубочек. Микротрубочки расположены по окружности центриолей по три (триплетами), а еще две микротрубочки лежат по оси каждой из двух центриолей. Центриоли находятся в цитоплазме под прямым углом друг к другу. Очень велика роль клеточного центра при делении клеток, когда центриоли расходятся к полюсам делящейся клетки и образуют веретено деления. У высших растений клеточный центр устроен по-другому и центриолей не имеет.

Многие клетки способны к движению, например: инфузория-туфелька, эвглена зеленая, амебы. Некоторые из этих организмов двигаются при помощи особых органоидов движения - ресничек и жгутиков.

Жгутики имеют относительно большую длину, например, у сперматозоидов млекопитающих она достигает 100 мкм. Реснички гораздо короче: около 10-15 мкм. Однако внутреннее строение ресничек и жгутиков одинаково: они образованы такими же микротрубочками, как центриоли клеточного центра. Движение жгутиков и ресничек вызвано скольжением микротрубочек относительно друг друга, в результате чего эти органоиды изгибаются. В основании каждой реснички или жгутика лежит базальное тельце, которое укрепляет их в цитоплазме клетки. На работу жгутиков и ресничек расходуется энергия АТФ.

Органоиды движения часто встречаются и у клеток многоклеточных организмов. Например, эпителий бронхов человека покрыт множеством (около 10 9 на 1 см 2) ресничек. Все реснички каждой эпителиальной клетки двигаются строго согласованно, образуя своеобразные волны, хорошо заметные под микроскопом. Такие «мерцательные» движения ресничек помогают очистке бронхов от инородных частиц, пыли. Жгутики есть и у таких специализированных клеток, как сперматозоиды.

Помимо обязательных для клетки органоидов, в ней есть образования то появляющиеся, то исчезающие в зависимости от ее состояния. Эти образования получили название клеточных включений. Чаще всего клеточные включения находятся в цитоплазме и представляют собой питательные вещества или гранулы веществ, синтезируемых этой клеткой. Это могут быть мелкие капли жира, гранулы крахмала или гликогена, реже - гранулы белка, кристаллы солей.