Строение клетки. Клеточная мембрана. Ядро

Основные положения современной клеточной теории:

·         Клетка является универсальной структурой и функциональной единицей живого;

·         Все клетки имеют сходное строение, химический состав и общие принципы жизнедеятельности.

·         Клетки образуются только при делении предшествующих им клеток.

·         Клетки способны к самостоятельной жизнедеятельности, но в многоклеточных организмах они взаимодействуют между собой как единая система.

Именно благодаря деятельности клеток в многоклеточных организмах осуществляется обмен веществ и энергии, рост и размножение.

Внутреннее строение клеток непростое. Оно зависит от тех функций, которые клетка выполняет в многоклеточном организме.

Нервная клетка воспринимает раздражения и передаёт их на другие нейроны или различные рабочие органы. Главная функция мышечной клетки сократительная. Эпителиальные клетки ткани покрывают поверхность тела и полости различных трактов и протоков.

Гидры имеют стрекательные клетки на поверхности, которых есть чувствительный шипик, воспринимающий внешние воздействия.

В ответ на раздражение стрекательная капсула выбрасывает содержащуюся в ней нить, которая выворачивается, как палец перчатки. Вместе с нитью выделяется обжигающее или ядовитое содержимое. Таким образом, гидроидные могут обездвиживать и парализовать довольно крупную добычу, например, циклопов или дафний.

Внешне клетки могут отличаться тем не менее принципы построения всех клеток едины. 

Строение эукариотических клеток −клеток, которые содержат ядро.

Каждая клетка отделена от окружающей среды наружной плазматической мембраной. Ещё её называют цитоплазматической мембраной.

Клеточная мембрана хранит все содержимое клетки отделяя ее от внешней среды. Также определяет какие вещества могут входить и выходить из клетки.

Наружная мембрана состоит из двух слоёв молекул жироподобных веществ ─липидов. Этот слой называют билипидным. Каждая молекула липида имеет гидрофильную головку и гидрофобный хвост.

В мембранах молекулы липидов располагаются головками наружу, а хвостами внутрь (друг к другу). Благодаря двойному липидному слою содержимое клеток не растекается.

Обеспечивая барьерную функцию билипидный слой препятствует проникновению в клетку опасных для неё веществ.

В состав цитоплазматической мембраны входят также углеводы и белки. Назначение и расположение белков достаточно разнообразно. Одни белки находятся на внешней стороне мембраны их называют периферическими (внешними) белками. Другие частично проникают внутрь билипидного слоя – это полуинтегральные (погруженные белки). Третьи пронизывают всю мембрану насквозь их называют интегральными белками.  

Белки цитоплазматической мембраны выполняют разные функции. Одни белки являются рецепторами. Они воспринимают все раздражения. Другие белки являются ферментами. Они обеспечивают все процессы, которые происходят в клетке. Третьи белки образуют каналы (их называют белковыми каналами). Они осуществляют транспорт ионов в клетку и из неё.

Существует три типа проникновения веществ в клетку через мембраны: простая диффузия, облегчённая диффузия, активный транспорт.

Простая диффузия

Она осуществляется благодаря разности концентрации веществ. Перенос веществ в данном случае осуществляется из области высокой концентрации в область низкой без затрат энергии.

Путём простой диффузии в клетку проникают гидрофобные вещества кислород, азот, бензол и полярные маленькие молекулы углекислого газа, мочевины и воды.

Диффузия воды через частично проницаемую мембрану называется осмос. Таким образом путём простой диффузии в клетку проникают незаряженные молекулы.

Но для всех заряженных молекул, независимо от размера, липидная мембрана непроницаема. Их транспорт возможен благодаря облегчённой диффузии при участии белков-переносчиков.

Существует несколько видов транспорта при помощи белков-перенощиков.

При пассивном унипорте переноситься только одно растворимое в воде вещество с одной стороны мембраны на другую.

Некоторые белки-переносчики могут переносить два разных вещества по градиенту концентраций в одном направлении — пассивный симпорт, или в противоположных направлениях - пассивный антипорт.

Таким образом белки-переносчики — это трансмембранные белки, которые специфически связывают молекулу транспортируемого вещества и, изменяя конформацию, осуществляют перенос молекулы через липидный слой мембраны.

В клетках есть белки, которые активно перекачивают определённые растворённые в воде вещества против их градиента, т.е. из меньшей концентрации в область большей. Этот процесс, называемый активным транспортом, осуществляется всегда с помощью белков-переносчиков и происходит с затратой энергии.

Активный транспорт — это перенос вещества через клеточную или внутриклеточную мембрану, или через слой клеток, протекающий из области низкой концентрации в область высокой, то есть с затратой свободной энергии организма.

Транспортные белки обеспечивают перемещение через клеточную мембрану полярных молекул небольшого размера (глюкозы, аминокислоты), но они не могут транспортировать макромолекулы, например, белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды или ещё более крупные частицы.

Макромолекулы попадают в клетку при помощи фагоцитоза или пиноцитоза.

Фагоцитоз − это клеточный процесс, при котором клетки захватывают и переваривают твёрдые частички питательных веществ.

Например, амёба питается бактериями, одноклеточными водорослями, мелкими простейшими, поглощая их путём фагоцитоза.

Из тела амёбы образуются псевдоподии, которые захватывают пищу. В результате на поверхности тела амёбы возникает контакт между плазмалеммой и пищевой частицей, в этом участке образуется «пищевая чашечка». Её стенки смыкаются, в эту область (с помощью лизосом) начинают поступать пищеварительные ферменты. Таким образом формируется пищеварительная вакуоль. Далее она переходит в центральную часть клетки, где подхватывается токами цитоплазмы.

У многоклеточных организмов некоторые лейкоциты крови − фагоциты, данным способом захватывают и переваривают чужеродные бактерии.

Каким же образом это происходит?

Фагоцит окружает бактерию и поглощает её. Внутри фагоцита бактерия оказывается в составе фагосомы.

В течение минуты фагосома сливается с лизосомой или гранулой, содержащими ферменты, с образованием фаголизосомы. Заключённая бактерия подвергается агрессивному воздействию и погибает через несколько минут.

При пиноцитозе на плазматической мембране клетки появляются короткие тонкие выросты, окружающие капельку жидкости. Этот участок плазматической мембраны впячивается, а затем отшнуровывается внутрь клетки в виде пузырька.

Пиноцитоз также свойственен амёбе. Амёба активно поглощает клеткой жидкость из окружающей среды вместе с веществами, которые в ней содержатся и переносит её вглубь с формированием в цитоплазме пузырьков, которые содержат жидкость.

Пиноцитоз – это процесс захвата поверхностью клеточной мембраны соприкасающихся с нею молекул жидкости.

Общее название фагоцитоза и пиноцитоза ─ эндоцитоз. А выход веществ из клетки называется экзоцитозом. В этом случае вещества, синтезированные в клетке упаковываются в мембранные пузырьки, которые находиться в клеточной мембране, встраиваются в неё, и содержимое пузырька выбрасывается из клетки. Таким же образом клетка может избавляться от ненужных ей продуктов обмена.

Ядро клетки.

Центром управления клеткой является ядро. Обычно эукариотические клетки содержат только одно ядро. Однако в биологии как всегда есть исключения.

Есть клетки, которые имеют несколько ядер. Например, у одноклеточной инфузории-туфельки имеется два ядра малое и большое.

А в клетках поперечно-полосатых мышц множество ядер.

В большинстве клеток ядро шаровидное или овальное. Однако встречаются ядра и другой формы (ветвистые, палочковидные, лопастные, чётковидные, подковообразные и другие.)

Рассмотрим строение ядра подробнее.

Обычно ядро имеет шаровидную форму и отделено от цитоплазмы оболочкой, которая состоит из двух мембран. Внутренняя мембрана гладкая, а наружная переходит в каналы эндоплазматической сети.

Двумембранная ядерная оболочка имеет поры, по которым из ядра в цитоплазму выходят субъединицы рибосом. А из цитоплазмы в ядро проникают ферменты, молекулы АТФ и неорганические ионы.

Внутреннее содержимое ядра называется кариоплазмой. В кариоплазме располагаются ядрышки и хромотин.

Ядрышко − это немембранная внутриядерная органелла, которая представляет собой комплекс белков и предшественников рибосомных субъединиц.

Основная функция ядрышка — это синтез РНК и белков, из которых формируются особые органоиды – рибосомы. Рибосомы осуществляют синтез белков.

В промежутке между делениями клетки хромосомы представлены в виде тонких нитей – хроматина. Хроматин — это ДНК, которая связана с белками -гистонами.

Потому что именно в раскрученном виде участки ДНК-гены, могут выполнять свои функции.

Перед делением клетки ДНК начинает скручиваться, то есть ДНК наматывается на белки гистоны.

Комплекс белков гистонов составляет октамер, обвитый сегментом ДНК. Эта частица называется нуклеосомой. Таким образом ДНК оказывается свёрнутой очень плотно.

В одну из стадий клеточного деления- метафазу хромосомы выглядят как удлинённые палочковидные тельца, состоящие из двух плеч-хроматид, разделённые центромерой.

Каждый вид организмов содержит определённое количество хромосом.

Совокупность признаков полного набора хромосом, присущая клеткам данного биологического вида или данного организма называется кариотипом.

Но даже если число хромосом в клетках каких-то двух видов будет одинаковым, например, у картофеля и шимпанзе по 48 хромосом в клетке, то форма и строение этих хромосом все равно будут различными.

Хромосомный набор клеток может быть диплоидным и гаплоидным.

Гаплоидный набор – это половинный набор хромосом.

Например, если у комара диплоидный набор равен 6 хромосомам, то гаплоидный 3.

Гаплоидный набор содержат половые клетки. Диплоидный - соматические клетки, то есть все остальные клетки, которые не являются половыми.

Почему половые клетки содержат гаплоидный набор хромосом? Дело в том, что при слиянии женской и мужской гаплоидных половых клеток образуется зигота, которая будет уже диплоидной. Это необходимо что бы будущий организм имел то количество хромосом, которое присуще его виду. То есть одна половина хромосом достаётся организму от матери, другая от отца.

Парные одинаковые хромосомы (одна от матери другая от отца) называются гомологичными хромосомами.

Кариотип каждого организма содержит хромосомы, одинаковые у обоих полов, их называют — аутосомами. Аутосомы – это не половые хромосомы.

А хромосомы, по которым женский и мужской пол отличаются друг от друга, называются — половыми хромосомами.

Хромосомы женских особей обозначают буквой икс (Х). А у самцов одна хромосома имеет другую форму игрек (Y).