Прочитаем информацию .

Клетка - сложная система, состоящая из трех структурно-функциональных подсистем поверхностного аппарата, цитоплазмы с органоидами и ядра.

Прокариоты (доядерные) - клетки, не обладающие, в отличие от эукариотов, оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами.

Эукариоты (ядерные) - клетки, обладающие, в отличие от прокариот, оформленным клеточным ядром, ограниченным от цитоплазмы ядерной оболочкой.

Сравнительная характеристика строения клеток прокариот и эукариот

Структура	Эукариотические клетки	Прокариотические клетки
	Есть у растений, грибов; отсутствует у животных у животных. Состоит из целлюлозы (у растений) или хитина (у грибов)	Есть. Состоит из полимерных белковоуглеводных молекул
	Есть и окружено мембраной	Нуклеарная область; ядерной мембраны нет
		Кольцевые; белка практически не содержат. Транскрипция и трансляция происходят в цитоплазме
		Есть, но они меньше по размеру
	Есть у большинства клеток
	Есть у всех организмов, кроме высших растений	Есть у некоторых бактерий
	Есть у растительных клеток	Нет. Фотосинтез зеленых и пурпурных протекает в бактриохлорофиллах (пигментах)
Изображение	Эукариотическая клетка	Прокариотическая клетка

Клеточная стенка - жёсткая оболочка клетки, расположенная снаружи от цитоплазматической мембраны и выполняющая структурные, защитные и транспортные функции. Обнаруживается у большинства бактерий, архей, грибов и растений. Клетки животных и многих простейших не имеют клеточной стенки.

Плазматическая (клеточная) мембрана - поверхностная, периферическая структура, окружающая протоплазму растительных и животных клеток.

Ядро - обязательная часть клетки у многих одноклеточных и всех многоклеточных организмов.

Термин «ядро» (лат. nucleus) впервые применил Р. Броун в 1833 году, когда описывал шарообразные структуры, наблюдаемые им в клетках растений.

Цитоплазма - внеядерная часть клетки, в которой содержатся органоиды. Ограничена от окружающей среды плазматической мембраной.

Хромосомы - структурные элементы ядра клетки, содержащие ДНК, в которой заключена наследственная информация организма.

Эндоплазматический ретикулум (ЭПС) - клеточный органоид; система канальцев, пузырьков и «цистерн», отграниченных мембранами.

Расположена в цитоплазме клетки. Участвует в обменных процессах, обеспечивая транспорт веществ из окружающей среды в цитоплазму и между отдельными внутриклеточными структурами.

Рибосомы - внутриклеточные частицы, состоящие из рибосомной РНК и белков. Присутствуют в клетках всех живых организмов.

Комплекс Гольджи (аппарат Гольджи) - органоид клетки, участвующий в формировании продуктов ее жизнедеятельности (различных секретов, коллагена, гликогена, липидов и др.), в синтезе гликопротеидов.

Гольджи Камилло (1844 — 1926) - итальянский гистолог.

Разработал (1873) метод приготовления препаратов нервной ткани. Установил два типа нервных клеток. Описал т. н. Гольджи аппарат и др. Нобелевская премия (1906, совместно с С. Рамон-и-Кахалем).

Лизосомы - структуры в клетках животных и растительных организмов, содержащие ферменты, способные расщеплять (т. е лизировать — отсюда и название) белки, полисахариды, пептиды, нуклеиновые кислоты.

Митохондрии - органеллы животных и растительных клеток. В митохондрии протекают окислительно-восстановительные реакции, обеспечивающие клетки энергией. Число митохондрий в одной клетке от единиц до нескольких тысяч. У прокариот отсутствуют (их функцию выполняет клеточная мембрана).

Вакуоли - полости, заполненные жидкостью (клеточным соком), в цитоплазме растительных и животных клеток.

Реснички - тонкие нитевидные и щетинковидные выросты клеток, способные совершать движения. Характерны для инфузорий, ресничных червей, у позвоночных и человека — для эпителиальных клеток дыхательных путей, яйцеводов, матки.

Жгутики - нитевидные подвижные цитоплазматические выросты клетки, свойственные многим бактериям, всем жгутиковым, зооспорам и сперматозоидам животных и растений. Служат для передвижения в жидкой среде.

Хлоропласты - внутриклеточные органоиды растительной клетки, в которых осуществляется фотосинтез; окрашены в зеленый цвет (в них присутствует хлорофилл).

Микротрубочки - белковые внутриклеточные структур, входящие в состав цитоскелета.

Представляют собой полые внутри цилиндры диаметром 25 нм.

В клетках микротрубочки играют роль структурных компонентов и участвуют во многих клеточных процессах, включая митоз, цитокенез и везикулярный транспорт.

Микрофиламенты (МФ) - нити, состоящие из молекул белка и присутствующие в цитоплазме всех эукариотический клеток.

Имеют диаметр около 6-8 нм.

Органоиды (органеллы) - постоянные клеточные компоненты, выполняющие определенные функции в жизни клетки.

Используемая литература:

1.Биология: полный справочник для подготовки к ЕГЭ. / Г.И.Лернер. - М.: АСТ: Астрель; Владимир; ВКТ, 2009

2.Биология: учеб. для учащихся 11 класса общеобразоват. Учреждений: Базовый уровень / Под ред. проф. И.Н.Пономаревой. - 2-е изд., перераб. - М.: Вентана-Граф, 2008.

3.Биология для поступающих в вузы. Интенсивный курс / Г.Л.Билич, В.А.Крыжановский. - М.: Издательство Оникс, 2006.

4.Общая биология: учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений / В.Б.Захаров, С.Г.Сонин. - 2-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2006.

5.Биология. Общая биология. 10-11 классы: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый уровень / Д.К.Беляев, П.М.Бородин, Н.Н.Воронцов и др. под ред. Д.К.Беляева, Г.М.Дымшица; Рос. акад. наук, Рос. акад. образования, изд-во «Просвещение». - 9-е изд. - М.: Просвещение, 2010.

6.Биология: учеб.-справ.пособие / А.Г.Лебедев. М.: АСТ: Астрель. 2009.

7.Биология. Полный курс общеобразовательной средней школы: учебное пособие для школьников и абитуриентов / М.А.Валовая, Н.А.Соколова, А.А. Каменский. - М.: Экзамен, 2002.

Используемые Интернет-ресурсы.

Живые организмы в современной систематике разделяются на две большие группы — надцарства: прокариоты или надцарство доядерных организмов, и эукариоты или надцарство ядерных организмов. Прокариоты — одноклеточные живые организмы, характеризуются отсутствием ядерной оболочки. К ним относятся, например, бактерии и сине-зеленые водоросли (цианобактерии). В надцарство эукариот входят царства растений, грибов и животных. Хотя представители этих царств отличаются друг от друга размерами, формой, особенностями жизнедеятельности, все они имеют много общих черт в строении клеток. Так, у всех эукариотических клеток имеется ядро и цитоплазма, включающая органоиды и жидкую часть — гиалоплазму ; от окружающей среды клетки отделены плазматической мембраной .

окружает клетки всех живых организмов. В световой микроскоп она не видна, т. к. ее толщина составляет всего около 7 нм. С помощью электронного микроскопа установлено, что плазматическая мембрана состоит из фосфолипидного бислоя, окруженного белками. Часть белков погружена в фосфолипидный бислой и пронизывает его насквозь. Эти белки участвуют в избирательном транспорте различных соединений (сахаров, аминокислот, солей) в клетку и в удалении из клетки продуктов обмена. Расположенные на поверхности мембраны рецепторы гормонов и нейромедиаторов участвуют в гуморальной и нервной регуляции клеточной активности у многоклеточных организмов.

Плазматическая мембрана полупроницаема, то есть способна пропускать в клетку воду и некоторые низкомолекулярные соединения, и не пропускать макромолекулы и многие другие вещества. Это свойство обеспечивает барьерную функцию плазматической мембраны: отделение внутриклеточного содержимого от внешней среды и поддержание постоянства состава цитоплазмы. Плазматическая мембрана участвует в процессах фагоцитоза (поглощение твердых частиц) и пиноцитоза (поглощение капель жидкостей). При этом участок мембраны впячивается внутрь клетки и отшнуровывается от нее, образуя пищеварительную вакуоль. Фагоцитоз и пиноцитоз являются основой питания у многих одноклеточных организмов. У высших организмов с помощью фагоцитоза осуществляются защитные функции. Лейкоциты и некоторые клетки костного мозга, лимфатических узлов, селезенки с помощью фагоцитоза поглощают бактерий, вирусные частицы и другие чужеродные вещества. С помощью обратного фагоцитоза и пиноцитоза осуществляется секреция из клетки различных веществ. Большинство клеток растений, грибов и бактерий помимо плазматической мембраны имеют клеточную стенку . Это прочное образование, построенное из целлюлозы и лигнина (у растений), хитина (у грибов и некоторых водорослей) или из сложного комплекса белков и полисахаридов (у бактерий). Клеточная стенка препятствует фагоцитозу и пиноцитозу, поэтому питание большинства растений и грибов основывается на явлении осмоса. У некоторых животных, например, у членистоногих, прочный хитиновый покров имеют только клетки наружного эпителия, формирующие наружный скелет этих животных. У большого числа одноклеточных организмов плазматическая мембрана участвует в образовании кутикулы — прочной белковой оболочки клеток. Однако большинство животных клеток лишено клеточной стенки, поэтому эти клетки могут легко изменять форму и двигаться за счет ложноножек (амебоидное движение). У ряда животных клеток снаружи от плазматической мембраны образуется гликокаликс — эластичное образование, состоящее из гликопротеинов и углеводов. Как и клеточная стенка, он защищает плазматическую мембрану от механических повреждений, а также участвует во взаимодействии клеток между собой.

Гиалоплазма.

Гиалоплазма — основное вещество цитоплазмы, жидкая среда, заполняющая внутреннее пространство клетки. Входяшие в ее состав ферменты, участвуют в синтезе аминокислот, нуклеотидов, сахаров. Здесь протекает часть реакций энергетического и пластического обмена. Благодаря гиалоплазме объединяются все клеточные структуры и обеспечивается их химическое взаимодействия друг с другом. В этом состоит ее важнейшая роль.

Органоиды клетки.

В клетках живых организмов постоянно присутствуют специализированные структуры — органоиды . Они имеют определенное строение и осуществляют строго определенные функции. Органоиды могут быть мембранными, которые отграниченны от гиалоплазмы мембранами, и немембранными. Кроме того, органоиды подразделяют на общие, имеющиеся у большинства клеток (митохондрии, эндоплазматическая сеть, рибосомы и т.д.), и специальные, которые характерны только для некоторых специализированных клеток (реснички, жгутики).

Клеточный центр (центросома) .

Клеточный центр или центросома — органоид цитоплазмы, который не отделен от нее мембраной. Он играет важную роль и при делении клетки, и непосредственно участвует в формировании ахроматинового веретена, необходимого для правильной ориентации и расхождения хромосом. В промежутках между делениями клетки клеточный центр участвует в образовании внутриклеточного цитоскелета, который состоит из микротрубочек и микрофиламентов. Основной частью клеточного центра являются центриоли — два небольших цилиндрических тельца, состоящих из 27 микротрубочек, которые сгруппированны в девять групп по три в каждой. Обычно оси двух центриолей перпендикулярны относительно друг друга. От них отходят короткие микротрубочки, участвующие в формировании цитоскелета. Хорошо выраженный клеточный центр есть в клетках животных, грибов и некоторых растений (например, водоросли, мхи или папоротники). В клеточном центре клеток покрытосеменных растений центриоли отсутствуют.

Рибосомы.

Рибосомы — очень важный обязательный органоид всех клеток, как эукариот, так и прокариот, так он обеспечивает одно из основных проявлений жизни — синтез белка. У рибосом нет мембраны, они состоят из рибосомальной РНК (рРНК) и большого количества белков. В составе каждой рибосомы есть две субъединицы: большая и малая. Основная функция малой субъединицы — «расшифровка» генетической информации. Она связывает информационную РНК (иРНК) и транспортную РНК (тРНК), несущие аминокислоты. Функция большой субъединицы — образование пептидной связи между аминокислотами, принесенными в рибосому двумя соседними молекулами тРНК. Белки и рРНК, входящие в состав рибосом, синтезируются в ядре (в ядрышке), а затем поступают в цитоплазму. Кроме этого рибосомы находятся в органоидах, имеющих свой собственный генетический аппарат, — в митохондриях и пластидах. Рибосомы располагаются в цитоплазме клеток либо свободно, либо на поверхности шероховатой эндоплазматической сети. Иногда, на одной молекуле иРНК собирается несколько рибосом (подобная структура называется полисомой ). По размеру цитоплазматические рибосомы эукариот несколько больше рибосом прокариот и рибосом митохондрий и пластид.

Эндоплазматическая сеть (эндоплазматический ретикулум).

Эндоплазматическая сеть (эндоплазматический ретикулум) пронизывает всю цитоплазму большинства клеток. Она состоит из многочисленных однослойных мембранных трубочек, цистерн и каналов самой разнообразной формы и размера, которые соединяются с плазматической и ядерной мембранами.

Эндоплазматические сети делятся на два типа: гладкие и шероховатые. На мембранах шероховатой сети располагаются рибосомы. В этих рибосомах синтезируются белки, поступающие затем в полости эндоплазматической сети и транспортирующиеся по ним к комплексу Гольджи. На мембранах гладкой эндоплазматической сети расположены ферментные комплексы, участвующие в синтезе углеводов, жиров, пигментов. В некоторых специализированных клетках эндоплазматическая сеть выполняет специальные функции. Так, в мышечных клетках в эндоплазматической сети накапливается кальций, который освобождается в процессе мышечного сокращения и удаляется обратно при расслаблении. Некоторые клетки (например, эритроциты) при созревании теряют эндоплазматическую сеть.

.

Комплекс Гольджи (аппарат Гольджи) расположен обычно вблизи ядра и состоит из сложной сети однослойных мембранных образований разной формы и размера. Как правило, это группа крупных плоских полостей, расположенных стопками, с отходящими от них трубочками и пузырьками.

В комплексе Гольджи происходит накопление продуктов синтетической деятельности клеток (белков, углеводов и жиров) и веществ, поступающих в клетку из окружающей среды. Здесь может происходить дополнительная модификация этих веществ, например, к белкам присоединяются углеводные компоненты с образованием гликопротеинов. После этого вещества могут поступать в цитоплазму в виде капель или зерен, или выводиться (секретироваться) из клетки. В образовании лизосом и вакуолей принимают участие мембранные трубочки и пузырьки комплекса Гольджи.

Лизосомы .

Лизосомы — мелкие однослойные мембранные пузырьки, которые образуются в комплексе Гольджи. Они содержат большое количество ферментов (приблизительно 40), и способны расщеплять и переваривать различные вещества — белки, полисахариды, жиры и нуклеиновые кислоты, как поступающие в клетку извне, так и образующиеся в самой клетке. Т.е. лизосомы выполняют функцию «пищеварительных центров» клетки. Много лизосом обнаруживается в лейкоцитах, где они участвуют в переваривании микроорганизмов. Отслужившие свой срок и поврежденные макромолекулы (белки, РНК и т.д.) также поступают в лизосомы, где расщепляются до мономеров и вновь выходят в цитоплазму, чтобы включиться в обмен веществ. Если мембраны лизосом разрушаются, их пищеварительные ферменты начинают разрушение клеточных органоидов и других структур, приводя к гибели клетки. Такой процесс, например, имеет место при рассасывании временных органов эмбрионов или личинок (жабры и хвост у головастика).

Митохондрии .

Митохондрии представляют собой микроскопические тельца различной формы, окруженные двухслойной мембраной. Их размеры варьируются от 0,2 до 7 нм.

Наружная мембрана метохондрий гладкая, а внутренняя образует многочисленные ветвящиеся складки, направленные внутрь митохондрии, так называемые кристы, значительно увеличивающие площадь внутренней мембраны. Матрикс — внутреннее содержимое метохондрии, т.е. пространство, ограниченное внутренней мембранной. В матриксе метохондрии присутствуют многочисленные ферменты. В процессе кислородного этапа энергетического обмена (клеточного дыхания) эти ферменты участвуют в окислительном расщеплении жиров, белков и углеводов до воды и углекислого газа. Во внутренней мембране митохондрий содержатся белки-переносчики электронов и другие ферменты, которые участвуют в окислении биологических субстратов и образовании АТФ в процессе окислительного фосфорилирования. Внутренняя мембрана митохондрий практически непроницаема для протонов, поэтому на ней в процессе окисления субстратов возникает градиент концентрации протонов, энергия которого используется для синтеза АТФ. Таким образом, митохондрии представляют собой «энергетические станции» клеток, основной функцией которых является окисление различных веществ, сопряженное с синтезом АТФ. В митохондриях имеется своя собственная кольцевая молекула ДНК и весь аппарат, необходимый для синтеза белка (рибосомы, иРНК и тРНК). Количество митохондрий в клетках может варьироваться от одной или нескольких до многих десятков. Они способны делиться, образуя дочерние митохондрии. Митохондрии встречаются в клетках всех аэробных (обитающих в кислородных условиях) эукариот, т.е. в растениях, грибах и животных.

Пластиды.

Пластиды — цитоплазматические органоиды, окруженные двухслойной мембраной, присутствуют только в растительных клетках. В клетках животных и грибов пластиды отсутствуют. Как и в митохондриях, в пластидах есть свой собственный генетический аппарат — кольцевая молекула ДНК, рибосомы и различные типы РНК. Различают три типа пластид: хлоропласты , хромопласты и лейкопласты .

— зеленые пластиды. Их зеленый цвет следствие того, что в них присутствует зеленый пигмент хлорофилла. Хлоропласты присутствуют в фотосинтезирующих клетках всех зеленых растений. По своей форме они похожи на линзу. Хлоропласты водорослей называют хроматофорами . Они имеют разнообразную форму (спиральную, сетчатую, звездчатую).

Хлоропласты окружены двухслойной мембраной. Наружная мембрана гладкая, а во внутренней образуются многочисленные выросты, которые формируют линзовидные образования — тилакоиды , собранные в стопки — граны. Название внутреннего содержимого хлоропластов — строма . В мембранах тилакоидов расположены пигменты и белки-переносчики электронов, участвующие в световой фазе фотосинтеза. Под действием света они разлагают воду. При этом выделяется свободный кислород, а освобождающиеся электроны переносятся на молекулу НАДФ+, восстанавливая ее до НАДФН. Процесс переноса электронов сопряжен с синтезом АТФ (фотофосфорилирование). В строме локализуются ферменты, участвующие в темновой фазе фотосинтеза. С использованием АТФ и НАДФН, образующихся в световой фазе, они синтезируют глюкозу из воды и углекислого газа. Хлоропласты могут терять хлорофилл и превращаться в хромопласты и лейкопласты . Такой процесс происходит, например, осенью при пожелтении и покраснении листвы и при созревании зеленых плодов.

Хромопласты — это пластиды, окрашенные в желтые, красные и оранжевые цвета, могут быть различной формы и размера. Их цвет обусловлен присутствием различных пигментов (каротинов, ксантофиллов, ликопина и др.). Хромопласты могут определять окраску различных частей растений: стеблей, цветков, плодов, листьев. Под воздействием света хромопласты могут превращаться в хлоропласты. Например, это происходит при позеленении корнеплодов моркови.

Лейкопласты — это бесцветные пластиды, лишенные пигментов, по форме и размерам близкие к хлоропластам. В них происходит накопление запасных веществ (крахмала, жиров, белков). Лейкопласты содержатся в разных частях растений: корнях, клубнях и т.д. Под воздействием света они также, как и хромопласты, могут превращаться в хлоропласты. Например, клубни картофеля зеленеют на свету.

Вакуоли .

Вакуоли представляют собой окруженные однослойной мембраной округлые полости, заполненные клеточным соком, содержащим различные минеральные и органические вещества (углеводы, белки, алкалоиды, пигменты, дубильные вещества, различные соли и их кристаллы и т.д.). Вакуоли образуются из пузырьков комплекса Гольджи. Крупные вакуоли типичны для растительных клеток, где они участвуют в поддержании тургора; в животных клетках они обычно не встречаются. У одноклеточных организмов вакуоли выполняют специальные функции пищеварения (пищеварительные вакуоли) и выведения из клеток излишков воды и продуктов обмена (сократительные вакуоли).

Специальные органоиды .

Специальные органоиды присутствуют в специализированных клетках, выполняющих определенные функции. Так, реснички и жгутики отвечают за различные виды движения. С их помощью осуществляется движение одноклеточных и многоклеточных организмов, зооспор водорослей, сперматозоидов млекопитающих и т.д. Реснитчатый эпителий покрывает пищевод и дыхательные пути животных и человека, жабры рыб, а также, поверхность тела ресничных червей. Миофибриллы — нити, состоящие из белков актина и миозина, и обеспечивающие сократительную активность всех типов мышц.

Кроме органоидов, в клетках могут присутствовать различные включения (крахмальные зерна, капли жиров, гранулы белка или гликогена). Как правило, они выполняют запасные функции. Иногда в виде включений могут накапливаться продукты жизнедеятельности клеток — кристаллы органических кислот и пигментов.

В следующем разделе мы рассмотрим эукариот.

Органелла - это крошечная клеточная структура, которая выполняет определенные функции внутри . Органеллы встроены в цитоплазму . В более сложных эукариотических клетках органеллы часто окружены собственной мембраной. Подобно внутренним органам тела, органеллы специализированы и выполняют конкретные функции, необходимые для нормальной работы клеток. Они имеют широкий круг обязанностей: от генерирования энергии до контроля роста и размножения клеток.

Эукариотические органеллы

Эукариотические клетки представляют собой клетки с ядром. Ядро - важная органелла, окруженная двойной мембраной, называемая ядерной оболочкой, отделяющая содержимое ядра от остальной части клетки. Эукариотические клетки также содержат , и различные клеточные органеллы. Примерами эукариотических организмов являются животные, растения, и . и содержат много одинаковых или отличающихся органелл. Есть также некоторые органеллы, обнаруженные в растительных клетках, но не встречающиеся в клетках животных и наоборот. Примеры основных органелл, содержащихся в клетках растений и животных включают:

• - связанная с мембраной структура, которая содержит наследственную (ДНК) информацию, а также контролирует рост и размножение клетки. Это обычно самая важная органелла в клетке.
• , как производители энергии, преобразуют энергию в формы, которые может использовать клетка. Они также участвуют в других процессах, таких как , деление, рост и .
• - обширная сеть трубочек и карманов, синтезирующая мембраны, секреторные белки, углеводы, липиды и гормоны.
• - структура, которая отвечает за производство, хранение и доставку определенных клеточных веществ, особенно из эндоплазматического ретикулума.
• - органеллы, состоящие из РНК и белков и отвечают за биосинтез белка. Рибосомы расположены в цитозоле или связаны с эндоплазматическим ретикулумом.
• - эти мембранные мешочки ферментов перерабатывают органический материал клетки путем переваривания клеточных макромолекул, таких как нуклеиновые кислоты, полисахариды, жиры и белки.
• , как и лизосомы связаны мембраной и содержат ферменты. Они способствуют детоксикации спирта, образует желчную кислоту и разрушает жиры.
• - заполненные жидкостью замкнутые структуры, чаще всего встречаются в растительных клетках и грибах. Они отвечают за широкий спектр важных функций, включая хранение питательных веществ, детоксикацию и вывод отходов.
• - пластиды, содержащиеся в клетках растений, но отсутствующие в животных клетках. Хлоропласты поглощают энергию солнечного света для .
• - жесткая внешняя стенка расположенная рядом с плазматической мембраной в большинстве растительных клеток, обеспечивающая поддержку и защиту клетки.
• - цилиндрические структуры встречаются в клетках животных и помогают организовать сборку микротрубочек во время .
• - волосковидные образования с наружной стороны некоторых клеток, которые осуществляют клеточною локомоцию. Они состоят из специализированных групп микротрубочек, называемых базальными телами.

Прокариотические клетки

Прокариотические клетки имеют структуру, которая менее сложна, чем у эукариотических клеток. У них нет ядра, где ДНК связано мембраной. Прокариотическая ДНК содержится в области цитоплазмы, называемой нуклеоидом. Подобно эукариотическим клеткам, прокариотические имеют плазматическую мембрану, клеточную стенку и цитоплазму. В отличие от эукариот, прокариоты не содержат связанных с мембраной органелл. Однако они имеют некоторые неперепончатые органеллы, такие как рибосомы, жгутики и плазмиды (круговые структуры ДНК, которые не участвуют в размножении). Примерами прокариотических клеток являются и .

Клетка

Живое вещество в организме встречается в форме клеток и неклеточных структур.

Клетка (cell) – элементарная структурно-функциональная единица живого, обладающая всеми признаками организма: ростом, размножением, обменом веществ, раздражимостью.

Основные принципы построения всех клеток едины. Все многоклеточные организмы и большинство одноклеточных относятся к эукариотам eukaryotes – ядерным, т.е. имеющим клеточное ядро. В группу прокариот – безъядерных – входят главным образом бактерии.

Рассмотрим строение эукариотической клетки. Каждая такая клетка состоит из цитоплазматической мембраны, цитоплазмы и ядра (cytoplasmic membrana, cytoplasm et nucleus) (рис. 1).

Рис. 1. Строение животной клетки: 1 - цитоплазматическая мембрана; cytoplasmic mucosae 2 - гиалоплазма; hyaloplasm 3 - лизосома; lysosome 4 - эндоцитоз; endocytosis; 5 - центриоль; centriole; 6 - экзоцитоз; exocytosis; 7 - секреторная гранула; secretoriorum granulum; 8 - рибосомы; ribosomes 9 - митохондрия; mitochondrion; 10 - аппарат Гольджи; Golgi apparatus; 11 - ядро; nucleus; 12 - ядрышко; nucleolus; 13 - цитоскелет; cytoskeleton; 14 - шероховатая эндоплазматическая сеть; aspera endoplasmic reticulum; 15 - гладкая эндоплазматическая сеть laevibus endoplasmic reticulum

Цитоплазматическая (плазматическая) мембрана (cytoplasmic mucosae) толщиной 8-12 нм покрывает клетку и отделяет ее от окружающей среды. Эта мембрана построена из двух слоев липидов (lipids). Липиды – жироподобные вещества, основным свойством которых является гидрофобность (водонепроницаемость). Основная функция мембраны – барьерная: она не дает содержимому клетки растекаться и препятствует проникновению в клетку опасных для нее веществ. В липиды погружены многочисленные молекулы белков. Одни из них находятся на внешней стороне мембраны, другие на внутренней, а третьи пронизывают мембрану насквозь. Мембранные белки также выполняют целый ряд важнейших функций. Некоторые белки являются рецепторами, с помощью которых клетка ощущает различные воздействия на свою поверхность. Другие белки образуют каналы, по которым осуществляется транспорт различных ионов в клетку и из нее. Третьи белки являются ферментами, обеспечивающими процессы жизнедеятельности в клетке. Пищевые частицы пройти через мембрану не могут; они проникают в клетку путем фагоцитоза (твердые частицы) или пиноцитоза (жидкие частицы). Общее название фаго- и пиноцитоза – эндоцитоз. Существует и обратный эндоцитозу процесс – экзоцитоз. В ходе экзоцитоза вещества, синтезированные в клетке (например, гормоны), упаковываются в мембранные пузырьки. Эти пузырьки затем подходят к клеточной мембране, встраиваются в нее и выбрасывают свое содержимое из клетки в межклеточную среду. Таким же образом клетка может избавляться от ненужных ей отходов обмена веществ.

Находящаяся под мембраной цитоплазма содержит гиалоплазму (hyaloplasm), органоиды (organelles) и включения (inclusio). Гиалоплазма (цитозоль) - это основное полужидкое вещество (матрикс) цитоплазмы, объединяющее все клеточные структуры и обеспечивающее их взаимодействие. Здесь протекает и ряд биохимических процессов (гликолиз, синтез некоторых белков и др.).

Органоиды – постоянно присутствующие в клетке структуры, выполняющие определенные функции. Органоиды делятся на мембранные (они отграничены от гиалоплазмы мембранами, сходными по строению с цитоплазматической) и немембранные (не имеющие мембраны). К первым относятся ядро, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии, ко вторым – рибосомы, клеточный центр, цитоскелет. Включения – непостоянные компоненты клетки, возникающие и исчезающие в зависимости от уровня обмена веществ, например гранулы полисахаридов или капельки жира.

Ядро – важнейшая структура в клетках эукариот. Форма ядер чаще округлая, овальная или бобовидная. Ядра некоторых клеток имеют вид кольца, прямых или несколько изогнутых палочек. В клетках крови (лейкоцитах) они имеют сложную сегментацию.

Различные механические воздействия могут изменять форму ядра. Например, твердый клеточный центр вызывает образование вмятины, и ядро приобретает подковообразную форму. Сокращение или растяжение клетки также отражается на форме ядра. На форме некоторых клеток (лейкоциты) сказывается возраст клеток.

Ядро осуществляет хранение, реализацию и передачу наследственной информации. Оно состоит из ядерной оболочки, ядерного матрикса (нуклеоплазмы), хроматина и ядрышка (одного или нескольких).

Ядерная оболочка, состоит из двух мембран. Наружная мембрана в некоторых участках переходит в каналы эндоплазматической сети. В ядерной оболочке имеется множество пор диаметром около 90 нм., по которым из ядра в цитоплазму выходят молекулы РНК, а в ядро из цитоплазмы проникают ферменты, молекулы АТФ, неорганических ионов и т.д.

Содержимое ядра представляет собой гелеобразный матрикс, называемый ядерным матриксом (нуклеоплазмой), в котором располагаются хроматин и одно или несколько ядрышек. Ядерный матрикс содержит примембранные и межхроматиновые белки, белки-ферменты, РНК, участки ДНК, а также различные ионы и нуклеотиды.

Хроматин (Chromatin) на окрашенных препаратах клетки представляет собой сеть тонких тяжей (фибрилл fibrillis), мелких гранул или глыбок. Основу хроматина составляют нуклеопротеины (nucleoprotein) – длинные нитевидные молекулы ДНК (около 40%), соединенные со специфическими белками – гистонами histones (40%). В состав хроматина входят также РНК, кислые белки, липиды и минеральные вещества (ионы Са2- и Mg2+), а также фермент ДНК-полимераза, необходимый для репликации ДНК. В процессе деления ядра нуклеопротеины спирализуются, укорачиваются, в результате уплотняются и формируются в компактные палочковидные хромосомы, которые становятся заметны при наблюдении в световой микроскоп.

Ядрышки – это округлые, сильно уплотненные, не ограниченные мембраной участки клеточного ядра диаметром 1-2 мкм и более. Форма, размеры и количество ядрышек зависят от функционального состояния ядра: чем крупнее ядрышко, тем выше его активность.

В состав ядрышек входит около 80% белка, 10-15% РНК, 2-12% ДНК. Во время деления ядра ядрышки разрушаются. В конце деления клетки ядрышки вновь формируются вокруг определенных участков хромосом, называемых ядрышковыми организаторами. В ядрышковых организаторах локализованы гены рибосомной РНК. Здесь происходит синтез рибосомных РНК, объединение их с белками, что ведет к образованию субъединиц рибосом. Последние через поры в ядерной оболочке переходят в цитоплазму. Таким образом, ядрышко представляет собой место синтеза рРНК и самосборки рибосом.

Эндоплазматическая сеть (endoplasmic reticulum ЭПС), или эндоплазматический ретикулум (ЭПР), представляет собой систему трубочек и полостей, пронизывающих всю цитоплазму клетки. Различают гладкую (агранулярную) и шероховатую (гранулярную) ЭПС. На шероховатой ЭПС расположено множество рибосом. Здесь синтезируется большинство белков. На поверхности гладкой ЭПС идет синтез углеводов и липидов. Внутри ее полостей накапливаются ионы кальция - важные регуляторы всех функций клеток и целого организма. Вещества, синтезированные на мембранах ЭПС, переносятся внутрь трубочек ретикулума и по ним транспортируются к местам хранения или использования в биохимических реакциях.

Аппарат (комплекс) Гольджи (Apparatum (complexu) Golgi) - это система цистерн, в которых накапливаются вещества, синтезированные клеткой. Здесь же эти вещества претерпевают дальнейшие биохимические превращения, упаковываются в мембранные пузырьки и переносятся в те места цитоплазмы, где они необходимы, или же транспортируются к клеточной мембране и путем экзоцитоза выводятся за пределы клетки.

Лизосомы Lysosomes – это маленькие мембранные пузырьки, содержащие до 50 разных видов пищеварительных ферментов, способных расщеплять белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты. Формируются лизосомы в комплексе Гольджи, где модифицируются и накапливаются пищеварительные ферменты. Лизосомы и их ферменты используются клеткой также в тех случаях, когда необходимо заменить поврежденные участки клетки. При этом поврежденный участок окружается со всех сторон мембраной, а затем с этой мембраной сливается лизосома. Таким образом, ферменты проникают внутрь изолированного участка и разрушают его, чтобы на его месте мог быть построен новый. Этот процесс получил название аутофагии autophagy.

Митохондрии Mitochondria - это органоиды клетки, участвующие в процессе клеточного дыхания и запасающие для клетки энергию. Количество митохондрий в клетке варьирует от единиц (сперматозоиды) до тысяч. Особенно много митохондрий в тех клетках, которые нуждаются в больших количествах энергии (клетки печени, мышечные клетки).

Митохондрии в отличие от других органоидов клетки имеют собственную генетическую систему, обеспечивающую их самовоспроизводство. В митохондриях имеется собственная ДНК, РНК и особые рибосомы. Если клетке предстоит деление или она интенсивно расходует энергию, митохондрии начинают делиться и их число возрастает. Если же потребность в энергии снижена, то число митохондрий в клетках заметно уменьшается.

Рибосомы Ribosomes - очень мелкие органоиды, необходимые для синтеза белка. В клетке их насчитывается несколько миллионов. Рибосомы состоят из белка и рРНК, формируются в ядре в области ядрышка и через ядерные поры выходят в цитоплазму. Рибосомы могут находиться в цитоплазме во взвешенном состоянии, но чаще они располагаются группами на поверхности эндоплазматической сети.

У всех эукариот в цитоплазме имеется сложная опорная система - цитоскелет cytoskeleton. Он состоит в основном из микротрубочек microtubules и микрофиламентов microfilaments.

Микротрубочки пронизывают всю цитоплазму и представляют собой полые трубки диаметром 20 - 30 нм. Их стенки образованы спирально закрученными нитями, построенными из белка тубулина. Микротрубочки прочны и образуют опорную основу цитоскелета. Кроме механической, микротрубочки выполняют транспортную функцию, участвуя в переносе по цитоплазме различных веществ. Микрофиламенты - белковые нити диаметром около 4 нм. Их основа - белок актин. Микрофиламенты располагаются вблизи от плазматической мембраны и способны менять ее форму, что очень важно для процессов фагоцитоза phagocytosis и пиноцитоза pinocytosis.

Клеточный центр (центросома centrosome) расположен в цитоплазме вблизи от ядра. Он образован двумя центриолями centrioles - цилиндрами, расположенными перпендикулярно друг к другу и состоящими из микротрубочек, и расходящимися от центриолей микротрубочками. Клеточный центр играет важную роль в делении клетки.

СТРОЕНИЕ ЭУКАРИОТИЧЕСКОЙ КЛЕТКИ

Эукариотическая клетка имеет сложное строение. Она состоит из трех частей: плазматической мембраны, цитоплазмы с органоидами и ядра. Строение плазма­тической мембраны мы рассмотрели. Познакомимся те­перь с другими структурами клетки.

Цитоплазма. Жидкое содержимое клетки с находя­щимися в ней органоидами (от греч. органон - орудие, инструмент и эпдос - постоянный) называют цитолазмой (от греч. ицитос - сосуд, здесь - клетка и плаз­ма - образование). Основное вещество цитоплазмы - вода. Ее содержание в некоторых клетках доходит до 90%. Цитоплазма живых клеток находится в посто­янном движении (циркуляции), что обеспечивает взаи­мосвязь всех органоидов и доступ к ним различных веществ. В цитоплазме эукариотной клетки располага­ются мембранные и немембранные органоиды.

Мембранные органоиды. Мембранные органоиды клетки могут иметь одну или две мембраны. К одномембранным органоидам относят эндоплазматическую сеть, аппарат Гольджи и лизосомы.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) представляет собой замкнутую систему многочисленных канальцев, цис­терн, которые пронизывают всю цитоплазму. ЭПС раз­деляет клетку на отдельные отсеки, обеспечивает сооб­щение между частями клетки и транспорт веществ. Раз­личают гладкую и гранулярную эндоплазматическую сеть. На гладкой ЭПС происходит синтез липидов и по­лисахаридов, например, синтез гликогена в животных клетках. На гранулярной ЭПС располагаются рибосомы, где происходит биосинтез белков. Синтезируемые веще­ства транспортируются по каналам ЭПС во всей клетке.

Непосредственно с ЭПС связана другая структура - аппарат Гольджи. Он образован стопками уплощенных дисков и пузырьков. Здесь происходит накопление синтезируемых веществ, их упаковка и вынос из клет­ки. Аппарат Гольджи хорошо развит в клетках раз­личных желез.

Из пузырьков аппарата Гольджи формируются лизо­сомы (от греч. лизео - растворяю). Эти мембранные пу­зырьки заполнены пищеварительными ферментами, ко­торые расщепляют поступающие в клетку органические вещества (белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кисло­ты). Лизосомы встречаются во всех клетках растений, грибов и животных. Они обеспечивают дополнитель­ным «сырьем» различные жизненные процессы в клет­ке. При голодании лизосомы переваривают и некоторые органоиды, не убивая клетку. Такое частичное перева­ривание дает клетке ненадолго некоторое количество пи­тательных веществ. Иногда лизосомы переваривают целые группы клеток, ткани - когда это необходимо в развитии животных, например, утрата хвоста у голо­вастика в процессе превращения его в лягушку.

К двумембранным органоидам клетки относят мито­хондрии и хлоропласты. Они имеют свои собственные молекулы ДНК, способны, независимо от ядра клетки, к биосинтезу белка и делению. Эти органоиды выполня­ют одну из наиболее значимых функций - они преобра­зуют энергию в формы, которые могут быть использова­ны для реакций жизнедеятельности клетки.

Митохондрии (от греч. митос - нить и хондрион - зернышко, крупинка) характерны для всех клеток эукариот. Они достаточно велики, поэтому их можно увидеть в световой микроскоп. Митохондрии имеют про­долговатую форму. Наружная мембрана у них гладкая, а внутренняя - складчатая. Митохондрии называют энергетическими станциями клетки. В процессе дыха­ния в них происходит окончательное окисление орга­нических веществ кислородом воздуха. Выделяющаяся в этом процессе энергия запасается в синтезируемых в митохондриях молекулах АТФ.

Хлоропласты (от греч. хлорос - зеленый и пластос - вылепленный) в отличие от митохондрий характерны только для растительных клеток, но встречаются и у не­которых простейших, например у эвглены зеленой. С этими органоидами связан процесс фотосин­теза. Хлоропласты несколько крупнее митохондрий и также хорошо видны в световой микроскоп. Форма хлоропластов двояковыпуклая. Внутри имеются многочис­ленные мембраны, на которых идет процесс фотосинте­за. Там же располагается пигмент хлорофилл, придаю­щий хлоропластам зеленый цвет.

Кроме хлоропластов в растительных клетках есть лей­копласты и хромопласты. Хромопласты (от греч. хро­ма - цвет и пластос - вылепленный) содержат крас­ный, оранжевый и желтый пигменты. Лейкопласты (от греч. леукос - белый и пластос - вылепленный) пигментов не содержат. Они находятся в неокрашенных частях растений. В лейкопластах запасаются питатель­ные вещества.

Кроме хлоропластов, хромопластов и лейкопластах в растительных клетках имеются еще вакуоли (от лат. вакуус - пустой). Это одномембранные пузырьки, запол­ненные клеточным соком. В клеточном соке рас­творены сахар, пигменты, минеральные соли и органичес­кие кислоты. В молодых растительных клетках вакуоли мелкие и их много. По мере роста несколько вакуолей сливаются вместе, и образуется одна большая.

Немембранные органоиды. Кроме мембранных струк­тур в клетке имеются различные немембранные органоиды.

Рибосомы - очень мелкие тельца грибовидной формы, состоящие из двух половинок – субъединиц, в которых происходит биосинтез белка. Рибосо­ма состоит из рибосомальной РНК и белков. Часть рибо­сом находится на гранулярной ЭПС. Другие рибосомы, так называемые свободные, находятся в цитоплазме.

Во всех эукариотических клетках имеются полые цилинд­рические структуры - микротрубочки. Они состоят из белков. Из микротрубочек формируются некоторые ор­ганоиды, например, клеточный центр.

Клеточный центр обычно располагается вблизи яд­ра и состоит из двух перпендикулярно расположенных центриолей и центросферы. Центриоли (от лат. цент­ру м - середина) - небольшие цилиндрические органои­ды, стенки которых образованы микротрубочками. Центросфера состоит из одиночных микротру­бочек, образующих ореол вокруг центриолей. Кле­точный центр принимает участие в делении клетки, из его микротрубочек образуются нити веретена деле­ния, обеспечивающего равномерное распределение хро­мосом в дочерних клетках. Клеточный центр встречает­ся в клетках животных и низших растений.

Органоиды движения клетки - реснички и жгути­ки . Они характерны, в основном, для одноклеточных ор­ганизмов, но имеются и у некоторых клеток многокле­точных организмов, например, в ресничном эпителии. Реснички и жгутики представляют собой выросты цито­плазмы, окруженные плазматической мембраной. Внут­ри выростов находятся микротрубочки, сокращения ко­торых приводят клетку в движение.

Кроме органоидов в цитоплазме клетки могут нахо­диться и различные включения, которые не относятся к постоянным клеточным структурам, а образуются вре­менно, например капли масла, крахмальные зерна.

Ядро . Регуляторным центром клетки служит ядро . Оно отделено от цитоплазмы двойной мембранной ядерной оболочкой . В ядерной оболочке имеются ядерные поры. Через них осуществляется связь между ор­ганоидами цитоплазмы и ядром.

Внутри ядро заполнено ядерным соком , в которой на­ходятся молекулы ДНК. В ядре они не различимы, так как имеют вид тонких нитей. В ядре также можно увидеть од­но или несколько темных округлых образований - ядрыш­ки . В них происходит сборка рибосом.

Ядро регулирует все процессы жизнедеятельности клетки, обеспечивает передачу наследственной инфор­мации. Здесь происходит редупликация ДНК, синтез РНК, сборка рибосом. Ядро характерно для всех клеток эукариот, за исключением специализированных, напри­мер, зрелых эритроцитов.

В клетке гриба видны капли масла. Снаружи клетка гриба покрыта хитиновой оболочкой.