Клеточная теория. Многообразие клеток. Строение клеток эукариот

Исходя из основных положений современной клеточной теории, мы знаем, что:

•        Клетка является универсальной структурной 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.

Например, нервная клетка. Она воспринимает раздражения и передаёт их на другие нейроны или различные рабочие органы. А вот мышечная клетка. Её главная функция сократительная. Эпителиальные клетки покрывают поверхность тела и полости различных трактов и протоков.

Гидры имеют стрекательные клетки.

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

Давайте вспомним строение эукариотических клеток. То есть клеток, которые содержат ядро. Начнём с клеточной мембраны.

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

Клеточная мембрана хранит все содержимое клетки отделяя её 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.

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.

Чаще всего 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, которые осуществляют синтез белков.

Внутреннюю среду клетки составляет цитоплазма. Цитоплазма — это общее название всего, что находится внутри клетки.

Цитоплазма включает ядро, мембранные и немембранные органеллы, а также различные включения.

Органеллы, или органоиды, — это постоянные компоненты клетки, которые жизненно необходимые для её существования.

Органеллы делятся на мембранные (одномембранные или двумембранные) и немембранные.

К одномембранным относят эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы, а также цитоплазматическую мембрану.

К двумембранным — митохондрии, пластиды, клеточное ядро.

Немембранные включают в себя рибосомы и клеточный центр.

Отдельно рассматривается цитоскелет — это обязательная, но постоянно меняющаяся структура клетки.

Также в цитоплазму входят включения — это необязательные компоненты клетки, которые появляются и исчезают в зависимости от интенсивности и характера обмена веществ в клетке, а также от условий существования организма.

Органеллы и включения находятся во взвешенном состоянии в цитоплазме, которая состоит из гиалоплазмы.

Гиалоплазма представляет собой однородную сложную коллоидную систему. Основу её составляет вода (70-90 %). В ней много белков, углеводов, ферментов, нуклеиновых кислот и других веществ.

В гиалоплазме протекают процессы обмена веществ в клетке, через неё проходит взаимодействие ядра и органоидов. Так же в гиалоплазме осуществляется биосинтез белка, откладывается гликоген, жировые включения и накапливается АТФ.

Цитоплазма постоянно перемещается внутри клетки. Это перемещение называется цитоплазматическим потоком — циклозом.

В перемещении клеточных компонентов и движении самой клетки участвует опорно-двигательная система клетки — цитоскелет.

Цитоскелет состоит из промежуточных филаментов, микротрубочек и микрофиламентов.

Микротрубочки — это белковые внутриклеточные структуры. Они представляют собой полые цилиндры.

Микротрубочки нельзя назвать статичными структурами, так как они разбираются и возникают в том месте, где они необходимы на данный момент.

Сборка микротрубочек из тубулина происходит в клеточном центре.

Часто микротрубочки располагаются таким образом, чтобы противодействовать растяжению и сжатию клетки.

Кроме механической функции микротрубочки выполняют и транспортную функцию, участвуя в переносе по цитоплазме различных веществ. Они служат как бы «рельсами», по которым перемещаются моторные белки.

Помимо транспортной функции, микротрубочки формируют центральную структуру ресничек и жгутиков — аксонему. Типичная аксонема содержит 9 пар микротрубочек по периферии и две полных микротрубочки в центре.

Из микротрубочек состоят также центриоли, которые в делящихся клетках принимают участие в формировании веретена деления. Веретено деления, обеспечивает расхождение хромосом к полюсам клетки при митозе и мейозе.

Клеточный центр (или центросома) — это центр организации микротрубочек, который обеспечивает их образование и рост. Клеточный центр играет важную роль в образовании цитоскелета и делении клетки.

Он образован двумя центриолями, которые представлены цилиндрами, расположенными перпендикулярно друг другу.

Стенка каждой центриоли состоит из 9 триплетов микротрубочек. Триплеты центриоли соединены между собой.

В собранном виде они направляются в различные участки цитоплазмы, где и выполняют свои функции.

Рибосомы.

Это органоиды, которые необходимы клетке для синтеза белка.

Рибосомы состоят из двух субъединиц — большой и малой. В их состав входит примерно равное (по массе) количество рибосомальной РНК и белка.

Субъединицы рибосомы формируются в области ядрышек ядра. А затем через ядерные поры выходят в цитоплазму.

В цитоплазме рибосомы находят матричные РНК, которые несут информацию с ДНК.

Рибосома имеет 2 функциональных участка аминоацильный (акцепторный) и пептидильный (донорный).

Рибосомы могут свободно перемещаться в цитоплазме. Либо прикрепляться к эндоплазматической сети.

Эндоплазматическая сеть или эндоплазматический ретикулум, как её ещё называют словно запутанный ветвистый лабиринт пронизывает всю цитоплазму.

Часть эндоплазматической сети гладкая (агранулярная). Здесь на гладких участках образуются углеводы, липиды, накапливаются ионы кальция. Эти вещества переносятся внутрь трубочек ретикулума и по ним транспортируются к местам накопления или использования в биохимических реакциях.

Большая же часть сети шероховатая (гранулярная). Шероховатость придают эндоплазматической сети рибосомы. Здесь происходит биосинтез белков.

От эндоплазматической сети белки в виде пузырьков — везикул ― отпочковываются, доставляются по микротрубочкам к комплексу Гольджи, и сливаются с ним.

Здесь, в полостях комплекса, молекулы белка дозревают. В итоге от Гольджи отпочковываются пузырьки содержащие полностью зрелые белки.

Затем, окружённые мембраной, они направляются к различным участкам клетки, туда, где они необходимы, или выводятся наружу.

Из пузырьков комплекса Гольджи, которые содержат ферменты формируются и пищеварительные органеллы лизосомы.

Лизосомы расщепляют поступившие пищеварительные частицы, до простых веществ, которые затем использует клетка.

Митохондрии — это органоиды клетки, которые участвуют в процессе клеточного дыхания и запасают для клетки энергию в виде АТФ.

То есть в такой форме, в которой энергия доступна для использования во всех процессах клетки, требующих затрат энергии. Митохондрии располагаются практически во всех клетках растений, животных и грибов. Именно здесь, в митохондриях, образуется и аккумулируется энергия.

Митохондрии имеют двуслойную мембрану. Наружная ― гладкая.

Внутренняя мембрана образует многочисленные складки — кристы. Складки увеличивают поверхность мембраны. Между наружной и внутренней мембраной ― межмембранное пространство.

Ограниченное внутренней мембраной пространство называется матриксом. В нём находятся ферменты, необходимые для многих биохимических реакций. 

На кристах митохондрий с участием ферментов при клеточном дыхании синтезируются молекулы аденозинтрифосфорной кислоты. Сокращённо АТФ. Эти молекулы являются универсальными источниками энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах.

Главной функцией митохондрий является захват богатых энергией субстратов (например, жирных кислот, аминокислот) из цитоплазмы и их окислительное расщепление с образованием углекислого газа и воды, связанное с синтезом АТФ.

Растительные клетки, помимо митохондрий, содержат пластиды.

Пластиды являются основными цитоплазматическими органеллами растительных клеток.

В зависимости от окраски и выполняемой функции выделяют три типа пластид: лейкопласты ― бесцветные пластиды, которые выполняют запасающую функцию. Хромопласты ― это пластиды, содержащие природные органические пигменты — каротиноиды. И хлоропласты ― зелёные пластиды высших растений ― органоиды фотосинтеза, которые содержат хлорофилл ― фотосинтезирующий пигмент.