Как уже говорилось, биотехнология – это технология работы с биообъектами.

А основой строения любой живой материи, известной нам к настоящему времени, является клетка,

находящаяся в жизнедеятельном состоянии (исключая вирусы, более детально рассматривать которые

мы будем несколько позже – но которые также неспособны к размножению и вообще какой-либо

жизнедеятельности вне клетки–хозяина). Поэтому и изучение биотехнологии следует начинать

с рассмотрения особенностей строения и функционирования живых клеток.

 

Прежде всего любая такая клетка отделена от окружающей среды внешней цитоплазматической мембраной –

весьма избирательно проницаемой не только для высокомолекулярных химических веществ,

но даже для таких малых по размеру частиц, как ионы натрия или калия.

Вследствие чего химический состав внутренней среды живой клетки (называемой цитоплазмой), как правило, весьма значительно отличается от состава внешней среды, в которой находится рассматриваемая клетка –

являясь, к тому же, величиной не постоянной, а всё время и достаточно значительно меняющейся, вследствие процессов метаболизма, протекающих в клетке, характер которых также может в значительной степени меняться, в зависимости от стадии клеточного жизненного цикла, изменения условий внешней среды (включая не только её химический состав, но и температуру, освещение, давление и т.п.), а также вследствие разных иных причин (таких, например, как химические, механические, электромагнитные и иные сигналы от других клеток или вирусов).

 

При этом, цитоплазма представляет собой чрезвычайно многокомпонентный, жидкий, водный, коллоидный раствор, называемый ещё гиалоплазмой; включающий в себя большое количество различных биополимеров,

а также иных органических и неорганических веществ; и окружающий различные надмолекулярные клеточные органеллы и включения.

 

В свою очередь, цитоплазматическая мембрана (ЦПМ), по современным представлениям, состоит из достаточно регулярного двойного слоя липидов, способных ко взаимодвижению, но в основном, обращенных друг к другу своими гидрофобными частями (включающим в себя остатки высокомолекулярных жирных кислот), а внутрь и вне клетки – гидрофильными фрагментами (представляющими собой, как правило, глицериновый фрагмент). Плюс, в этот липидный бислой уже значительно менее регулярно включены различные белки (как интегральные, пронизывающие ЦПМ насквозь, так и периферические), а также олигосахариды. И таких белков и олигосахаридов главная роль которых состоит в избирательной сорбции (рецепторы) либо пропускании внутрь живой клетки и выводе из оной (ионные и другие транспортные каналы) различных химических веществ и их надмолекулярных агрегатов.

 

Второй важнейшей клеточной органеллой является клеточная стенка – представляющая собой расположенную снаружи от ЦПМ жёсткую оболочку клетки, наличествующую у большинства бактерий, грибов и растений, состоящую из различных углеводов, гликопротеинов и липополисахаридов (таких например, как муреин у бактерий, хитин у грибов, целлюлоза у растений и т.п.) и выполняющую различные дополнительные структурные, защитные и транспортные функции.

При этом если, к примеру, у грамположительных бактерий клеточная стенка представляет собой толстый слой пептидогликана, непосредственно покрывающий снаружи ЦПМ. То у грамотрицательных бактерий клеточная стенка представляет собой однослойный муреиновый мешок, поверх которого располагается ещё одна мембрана, сходная с цитоплазматической. Таким образом, у грамотрицательных бактерий между внутренней (плазматической) и наружной мембранами существует обособленный клеточный фрагмент (компартмент), называемый периплазматическим пространством (или периплазмой), в котором локализован целый ряд дополнительных ферментов, транспортных систем и т.п.

 

 

По наличию же других клеточных органелл все живые организмы делятся на прокариотов (к коим относятся бактерии – внутри клеток которых нет органелл, отделенных от основной гиалоплазмы собственной, дополнительной, избирательно проницаемой мембраной) и эукариотов (к коим относятся простейшие, грибы, растения и животные).

При этом, из основных внутриклеточных органелл следует упомянуть, прежде всего:

(1) ядро – выполняющее у эукариотов функции хранения и воспроизведения генетической информации

и окруженное собственными двумя мембранами (внешняя из которых через эндоплазматическую сеть связана с ЦПМ);

(2) затем митохондрии – являющиеся энергетическими центрами эукариотических клеток, обеспечивающими генерацию электрического потенциала и синтез молекул АТФ (аденозин трифосфата) в результате процессов многостадийного окислительного фосфорилирования, называемых «клеточным дыханием», в ходе которого молекулы кислорода преобразуются в углекислый газ»; а энергия, выделяющаяся при расщеплении молекул АТФ, в дальнейшем, может использоваться клеткой для осуществления большинства биохимических реакций; кроме того, внутри митохондрий л.
место того, чтобы быть переваренными ею, как в случае например амёб, охотящихся на бактерий);

(3)эндоплазматическую сеть (иначе, ретикулум или ЭПР) – представляющую собой разветвлённую систему окружённых мембраной (морфологически идентичной внешней оболочке клеточного ядра и составляющей с ней одно целое) уплощённых полостей, на поверхности которых, в частности, локализуются рибосомы (представляющие собой сложные нуклеопротеидные комплексы, с помощью которых внутри живой клетки осуществляется синтез различных белков) – вследствие чего ЭПР играет важную роль в синтезе, модификации (приводящей, в частности, к нейтрализации многих опасных для клетки токсинов) и транспорте внутриклеточных белков, липидов, полисахаридов и ряда других биополимеров;

(4)комплекс Гольджи – представляющий собой стопку дискообразных мембранных мешочков, предназначенных для выведения из клетки и распределения внутри неё веществ, синтезированных на поверхности ЭПР, а также образования новых внутриклеточных мембран;

(5)лизосомы – представляющие собой отдельные мембранные пузырьки, ответственные за разрушение и трансформацию внутри клетки различных биополимеров, как синтезированных ранее самой клеткой, так и поступивших в неё из вне;

(6)вакуоли – аналоги лизосом, служащие для секреции, экскреции и хранения внутри клетки различных веществ;

(7) различные виды протопластов (иначе, пластид) – представляющие собой аналоги митохондрий (тоже окруженные двумя мембранами, имеющие собственную ДНК и т.д.), но выполняющие внутри растительной эукариотической клетки–хозяйки другие функции – такие как хлоропласты (содержащие хлорофилл, с помощью которого растительные клетки осуществляют процессы фотосинтеза, в результате коих из молекул воды и углекислого газа с помощью световой энергии происходит образование различных высокомолекулярных биоорганических соединений), хромопласты, лейкопласты и т.п.;

(8) и наконец, жгутики, пили и т.п. – обеспечивающие подвижность одноклеточных микроорганизмов и некоторых видов клеток в многоклеточных организмах.

 

 

 

Жизнь – принципиально неравновесный процесс. Поэтому любой организм (в т.ч. одноклеточный), находящийся в жизнедеятельном состоянии, постоянно обменивается с окружающей средой множеством различных химических веществ, которые внутри него ещё и многократно преобразуются.

При этом, первой стадией таких процессов является транспорт того или иного вещества внутрь клетки. Причем, если прокариотические микроорганизмы, грибы и водоросли могут транспортировать внутрь клетки только вещества, растворенные в воде. То некоторые эукариоты способны поглощать из окружающей среды нерастворимые вещества в виде твердых кусочков или капель жидкостей, не смешивающихся с водой. Этот процесс носит название эндоцитоза и подразделяется на фагоцитоз (при котором поглощаются твердые вещества) и пиноцитоз (при котором поглощаются жидкости).

При эндоцитозе участок ЦПМ рядом с частицей пищи втягивается внутрь и замыкается, образуя вокруг вышеупомянутой частицы вакуоль. Эта вакуоль, находясь в цитоплазме, сливается с лизосомой, содержащей набор гидролитических ферментов. В образовавшейся пищеварительной вакуоли частица пищи лизируется. Растворимые продукты гидролиза диффундируют в цитоплазму, а неразрушенные остатки экскретируются наружу путем, обратным эндоцитозу. Среди микроорганизмов эндоцитоз могут осуществлять некоторые простейшие. А у высших животных эндоцитоз сохранился в виде защитной функции поглощения чужеродных клеток фагоцитами, а обратный эндоцитозу процесс – при выделении гормонов.

Также, поскольку у бактерий, грибов и растений клеточная стенка является существенным препятствием для высокомолекулярных веществ – то перед транспортом таких веществ внутрь клетки они сначала расщепляются на олиго- и мономеры вне оной клетки соответствующими ферментами (экзогидролазами), выделяемыми клеткой либо непосредственно во внешнюю среду, либо на наружную сторону её ЦПМ.

Кроме того, у грамотрицательных бактерий экзогидролазы могут быть локализованы в периплазматическом пространстве. И высокомолекулярные вещества в этом случае проникают в периплазму через поры, образованные белками–поринами, находящимися в наружной мембране.

 

В целом, у живых организмов существует несколько принципиально различных способов поступления веществ внутрь клетки. Так, во-первых, все незаряженные молекулы (включая воду, газы и т.п.) могут поступать в клетку путем пассивной диффузии. В этом случае вещества проникают в клетку по градиенту концентрации. Данный процесс не требует затрат энергии. Но происходит, как правило, с весьма невысокой скоростью и лишь до тех пор, пока не наступит равновесие между содержанием вещества вне и внутри клетки.

При облегченной диффузии скорость транспорта веществ внутрь клетки значительно увеличивается за счёт участия в этом процессе специфических белков–переносчиков, называемых пермеазами.
и этом, пермеазы либо расположены поперек мембраны в виде интегральных белков, либо способны передвигаться через мембрану как в свободном, так и в связанном с транспортируемым веществом состоянии. Облегченная диффузия также не требует энергетических затрат и продолжается, пока есть градиент концентраций транспортируемых веществ. Эукариотические клетки путем облегченной диффузии транспортируют различные сахара и аминокислоты. А у микроорганизмов путем облегченной диффузии происходит также, как правило, экскреция, т.е. выделение наружу из клетки различных продуктов её метаболизма.

Поступление же веществ в клетку (или обратный этому процесс экскреции) против градиента концентрации может происходить только благодаря механизмам активного транспорта. Такие механизмы требуют затрат энергии, запасаемой клеткой в виде молекул АТФ, и специальных весьма сложных белковых транспортных систем.

Так, в частности, при работе многих мембранных ферментов происходит выброс протонов (Н⁺ ионов) во внешнюю среду, в результате чего образуется трансмембранный градиент протонов. Этот процесс носит название первичного транспорта. Протонный градиент в клетке всегда поддерживается на определенном уровне с помощью дыхания, фотосинтеза, брожения. Активный же транспорт называют вторичным – поскольку он происходит за счет вышеупомянутого трансмембранного градиента протонов.
в целом, известно несколько видов такого активного транспорта. При симпорте в одном направлении переносятся одновременно два вещества, при унипорте – одно, а антипорт предполагает движение двух веществ в противоположных направлениях. Кроме того, грамотрицательные бактерии из-за наличия наружной мембраны имеют дополнительные компоненты транспортных систем для переноса вещества через своё периплазматическое пространство. Эти высокоспецифичные растворимые белки образуют комплекс с субстратом на внутренней стороне внешней мембраны и пересекают периплазму, доставляя его на соответствующие пермеазы, которые с затратой энергии транспортируют субстрат внутрь клетки. Транспортные системы с участием связывающих белков имеются и у некоторых грамположительных микроорганизмов, но тогда связывающие белки «заякорены» своей N-концевой частью в ЦПМ.

 

Далее, процесс преобразования поступающих из вне химических веществ осуществляется уже внутри клетки. Этот процесс называется метаболизмом и подразделяется на катаболизм (приводящий к разложению различных веществ на более простые составляющие, сопровождаемому, как правило, выделением энергии – которая, также как и при «клеточном дыхании» может запасаться клетками в виде молекул АТФ) и анаболизм (приводящий к синтезу различных необходимых клетке веществ из более простых составляющих, требующему, как правило, затрат энергии, получаемой клеткой за счет отщепления от молекулы АТФ одной или 2-х фосфатных групп).

 

При этом, основную роль в процессах метаболизма играют белки, выполняющие функцию биокатализаторов, называемых также ферментами или энзимами, без которых невозможно осуществление практически ни одной из биохимических реакций, важных как для жизнедеятельности самих биообъектов, используемых в биотехнологии, так и для получения целевых продуктов в любых биотехнологических процессах.

Причем, за счет действия этих ферментов биохимические реакции по сравнению с обычными химическими, как уже говорилось, могут протекать:

(1) со значительно более высоким выходом по целевым продуктам

+ (2) значительно более избирательно и специфично

+ (3) а также в существенно более мягких условиях (в т.ч. в плане энергозатрат).

Вследствие чего, многие биохимические реакции обычным химическим путем провести просто невозможно

либо весьма трудно.

Источник: poznayka.org

Одной из важнейших особенностей клетки является обмен веществ, или метаболизм — совокупность осуществляемых клеткой биохимических процессов, обеспечивающих ее рост, поддержание, восстановление и развитие.

Процессы обмена веществ принято разделять на анаболические и катаболические. Анаболизмом называют те химические процессы, при которых более простые вещества соединяются между собой с образованием более сложных веществ, что приводит к накоплению энергии, построению новой цитоплазмы и росту. Катаболизм — расщепление этих сложных веществ, приводящее к образованию энергии. Основным аккумулятором и носителем энергии в клетке является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ).

Рост и обновление клеток происходит в результате биосинтеза новых макромолекул и новых органелл. Биосинтез — образование из простых органических веществ сложных: белков, жиров, углеводов. Это очень сложный процесс, происходящий в клетке с участием ДНК и РНК.

Все процессы катаболизма и анаболизма происходят с участием биологических катализаторов — ферментов — это особые виды белковых молекул, ускоряющих ход определенной химической реакции. Их активность зависит от условий, в которых они действуют.

Вторая особенность клеток — это способность клеток к росту и размножению. Соматические клетки тела человека размножаются делением пополам — непрямым делением или митозом. Суть его в том, что генетический аппарат клетки удваивается и равномерно распределяется между двумя дочерними клетками.

Наследственная информация находится в хромосомах ДНК. Каждый вид организмов имеет свой набор хромосом. У человека их 46 или 23 пары.

Непрямое деление (митоз) подразделяется на две части: интерфаза и митоз. В процессе митоза различают четыре фазы. Проходят они последовательно одна за другой, в результате чего ядра дочерних клеток получают набор хромосом, по количеству и качеству идентичных материнской клетке. Все органеллы и цитоплазма также равномерно распределяются между дочерними клетками.

Важная особенность клетки — раздражимость. Раздражимость — это способность клетки реагировать на действие внешних и внутренних раздражителей.

Некоторые высокоспециализированные клетки тела обладают особой чувствительностью к раздражителям определенного типа: палочки и колбочки в сетчатке глаза реагируют на свет, клетки носовой полости и вкусовых сосочков языка — на химические раздражители, клетки кожи — на изменение температуры или давления.

Каждая клетка способна регулировать поступление в нее различных веществ, процессы биосинтеза, свою функциональную активность. Эту способность называют саморегуляцией.

Источник: shkolo.ru

Рисунок животной клетки с подписями

Клетка состоит из множества специализированных органелл, выполняющих различные функции.

Чаще всего, в ней содержится большинство, иногда все существующие типы органелл.

Основные органеллы и органоиды животной клетки

Органеллы и органоиды являются «органами», ответственными за функционирование микроорганизма.

Ядро

Ядро является источником дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) — генетического материала. ДНК является источником создания белков, контролирующих состояние организма. В ядре, нити ДНК плотно обматываются вокруг узкоспециализированных белков (гистонов), формируя хромосомы.

Ядро выбирает гены, контролируя активность и функционирование единицы ткани. В зависимости от типа клетки, в ней представлен различный набор генов. ДНК находится в нуклеоидной области ядра, где образуются рибосомы. Ядро окружено ядерной мембраной (кариолеммой), двойным липидным бислоем, отгораживающим его от остальных компонентов.

Ядро регулирует рост и деление клетки. При митозе в ядре образуются хромосомы, которые дублируются в процессе размножения, образуя две дочерние единицы. Органеллы, называемые центросомами, помогают организовать ДНК во время деления. Ядро обычно представлено в единственном числе.

Рибосомы

Рибосомы — место синтеза белка. Они обнаружены во всех единицах ткани, у растений и у животных. В ядре, последовательность ДНК, которая кодирует определенный белок, копируется в свободную мессенджерную РНК (мРНК) цепь.

Цепочка мРНК перемещается к рибосоме через передающую РНК (тРНК), и ее последовательность используется для определения системы расположения аминокислот в цепи, составляющей белок. В животной ткани рибосомы расположены свободно в цитоплазме или прикреплены к мембранам эндоплазматического ретикулума.

Эндоплазматический ретикулум

Эндоплазматический ретикулум (ER) представляет собой сеть мембранных мешочков (цистерн), отходящих от внешней ядерной мембраны. Он модифицирует и транспортирует белки, созданные рибосомами.

Существует два вида эндоплазматического ретикулума:

• гранулярный;
• агранулярный.

Гранулярный ЭР содержит прикрепленные рибосомы. Агранулярный ЭР свободен от прикрепленных рибосом, участвует в создании липидов и стероидных гормонов, удалении токсичных веществ.

Везикулы

Везикулы представляют собой небольшие сферы липидного бислоя, входящие в состав наружной мембраны. Они используются для транспортировки молекул по клетке от одной органеллы к другой, участвуют в метаболизме.

Специализированные везикулы, называемые лизосомами, содержат ферменты, переваривающие большие молекулы (углеводы, липиды и белки) в более мелкие, для облегчения их использования тканью.

Аппарат Гольджи

Аппарат Гольджи (комплекс Гольджи, тело Гольджи) также состоит из не соединенных между собой цистерн (в отличие от эндоплазматического ретикулума).

Аппарат Гольджи получает белки, сортирует и упаковывает их в везикулы.

Митохондрии

В митохондриях осуществляется процесс клеточного дыхания. Сахара и жиры разрушаются, выделяется энергия в виде аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ управляет всеми клеточными процессами, митохондрии продуцируют АТФ клетки. Митохондрии иногда называют «генераторами».

Цитоплазма клетки

Цитоплазма – жидкостная среда клетки. Она может функционировать даже без ядра, однако, короткое время.

Цитозоль

Цитозолью называют клеточную жидкость. Цитозоль и все органеллы внутри нее, за исключением ядра, в совокупности называются цитоплазмой. Цитозоль в основном состоит из воды, а также содержит ионы (калий, белки и малые молекулы).

Цитоскелет

Цитоскелет представляет собой сеть нитей и трубочек, распространенных по всей цитоплазме.

Он выполняет следующие функции:

• придает форму;
• обеспечивает прочность;
• стабилизирует ткани;
• закрепляет органеллы на определенных местах;
• играет важную роль в передаче сигналов.

Существует три типа цитоскелетных нитей: микрофиламенты, микротрубочки и промежуточные филаменты. Микрофиламенты являются самыми маленькими элементами цитоскелета, а микротрубочки – самыми большими.

Клеточная мембрана

Клеточная мембрана полностью окружает животную клетку, не имеющую клеточной стенки, в отличие от растений. Клеточная мембрана представляет собой двойной слой, состоящий из фосфолипидов.

Фосфолипиды являются молекулами, содержащими фосфаты, прикрепленные к глицерину и радикалам жирных кислот. Они спонтанно образуют двойные мембраны в воде из-за своих одновременно гидрофильных и гидрофобных свойств.

Клеточная мембрана избирательно проницаема — она способна пропускать определенные молекулы. Кислород и диоксид углерода проходят легко, в то время как большие или заряженные молекулы должны проходить через специальный канал в мембране, что поддерживает гомеостаз.

Лизосомы

Лизосомы представляют собой органеллы, осуществляющие деградацию веществ. В состав лизосомы входит около 40 расщепляющих ферментов. Интересно, что сам клеточный организм защищен от деградации в случае прорыва лизосомных ферментов в цитоплазму, разложению подвергаются закончившие выполнять свои функции митохондрии. После расщепления образуются остаточные тела, первичные лизосомы превращаются во вторичные.

Центриоль

Центриоли являются плотными телами, расположенными около ядра. Количество центриолей меняется, чаще всего их две. Центриоли соединены эндоплазматической перемычкой.

Как выглядит животная клетка под микроскопом

Под стандартным оптическим микроскопом видны основные компоненты. За счет того, что они соединены в непрерывно меняющийся организм, находящийся в движении, определить отдельные органеллы бывает сложно.

Не вызывают сомнений следующие части:

• ядро;
• цитоплазма;
• клеточная мембрана.

Подробнее изучить клетку поможет большая разрешающая способность микроскопа, тщательно подготовленный препарат и наличие некоторой практики.

Функции центриоли

Точные функции центриоли остаются неизвестными. Распространена гипотеза, что центриоли участвуют в процессе деления, образуя веретено деления и определяя его направленность, однако определенность в научном мире отсутствует.

Строение клетки человека — рисунок с подписями

Единица клеточной ткани человека имеет сложное строение. На рисунке отмечены основные структуры.

Каждый компонент имеет свое назначение, лишь в конгломерате они обеспечивают функционирование важной части живого организма.

Признаки живой клетки

Живая клетка по своим признакам схожа с живым существом в целом. Она дышит, питается, развивается, делится, в ее структуре происходят различные процессы. Понятно, что замирание естественных для организма процессов означает гибель.

Отличительные признаки растительной и животной клетки в таблице

Растительная и животная клетки имеют как сходства, так и различия, которые кратко описаны в таблице:

Признак	Растительная	Животная
Получение питания	Автотрофный. Фотосинтезирует питательные вещества	Гетеротрофный. Не производит органику.
Хранение питания	В вакуоли	В цитоплазме
Запасной углевод	крахмал	гликоген
Репродуктивная система	Образование перегородки в материнской единице	Образование перетяжки в материнской единице
Клеточный центр и центриоли	У низших растений	У всех типов
Клеточная стенка	Плотная, сохраняет форму	Гибкая, позволяет изменяться

Основные компоненты являются сходными как для частиц растительного, так и животного мира.

Заключение

Животная клетка является сложным действующим организмом, обладающим отличительными признаками, функциями, целью существования. Все органеллы и органоиды вносят свою лепту в процесс жизнедеятельности этого микроорганизма.

Некоторые компоненты изучены учеными, функции же и особенности других еще только предстоит открыть.

Источник: 1001student.ru

Особенности животных и их клеток

Отсутствие жесткой клеточной стенки позволило животным развить широкое разнообразие типов клеток, тканей и органов. Специализированные клетки, образовавшие нервы и ткани мышц, которые невозможно развить растениям, способствовали мобильности этих организмов. Способность двигаться с помощью специализированных мышечных тканей является отличительной чертой животного мира, хотя некоторые животные, в первую очередь губки, не обладают дифференцированными тканями. Примечательно, что простейшие могут передвигаться, но только через немышечные движение, а при помощи псевдоподий, ресничек и жгутиков.

Животное царство уникально среди эукариотических организмов, потому что большинство тканей животных связаны во внеклеточном матриксе тройной спиралью белка, известной как коллаген. Растительные и грибковые клетки связаны в тканях или агрегатах другими молекулами, такими как пектин. Тот факт, что никакие другие организмы не используют коллаген таким образом, является одним из признаков того, что все животные возникли от одного одноклеточного предка. Кости, раковины, спикулы и другие упрочненные структуры образуются, когда коллагенсодержащий внеклеточный матрикс между животными клетками становится кальцифицированным.

Животные — большая и невероятно разнообразная группа организмов. Будучи мобильным, они способны воспринимать и реагировать на окружающую среду, обладают гибкостью при поиске пищи, защите и размножении. Однако, в отличие от растений, животные не могут производить свою пищу, и поэтому всегда прямо или косвенно зависят от растительной жизни.

Большинство клеток животных диплоидны, что означает, что их хромосомы существуют в гомологичных парах. Известно, что иногда встречаются различные хромосомные плоиды. Распространение животных клеток происходит разными путями. В случаях полового размножения сначала необходим клеточный процесс мейоза, так что могут быть получены гаплоидные дочерние клетки или гаметы. Затем две гаплоидные клетки сливаются с образованием диплоидной зиготы, которая развивается в новый организм, путем деление клеток в процессе митоза.

Самые ранние ископаемые свидетельства животных датируются Вендским периодом (650-454 миллионов лет назад). Первое массовое вымирание закончилось этим периодом, но в течение последующего кембрийского периода, взрыв новых форм жизни привел к появлению многих основных групп фауны, известных сегодня. Есть свидетельства, что позвоночные животные появились до раннего ордовикского периода (505-438 миллионов лет назад).

Источник: natworld.info

Цитоплазматические образования – органеллы

Органеллы (органоиды) — структурные компоненты цитоплазмы. Они имеют определённую форму и размеры, являются обязательными цитоплазматическими структурами клетки. При их отсутствии или повреждении клетка обычно теряет способность к дальнейшему существованию. Многие из органоидов способны к делению и самовоспроизведению. Размеры их настолько малы, что их можно видеть только в электронный микроскоп.

Ядро

Ядро — самая заметная и обычно самая крупная органелла клетки. Оно впервые было подробно исследовано Робертом Броуном в 1831 году. Ядро обеспечивает важнейшие метаболические и генетические функции клетки. По форме оно достаточно изменчиво: может быть шаровидным, овальным, лопастным, линзовидным.

Ядро играет значительную роль в жизни клетки. Клетка, из которой удалили ядро, не выделяет более оболочку, перестаёт расти и синтезировать вещества. В ней усиливаются продукты распада и разрушения, вследствие этого она быстро погибает. Образование нового ядра из цитоплазмы не происходит. Новые ядра образуются только делением или дроблением старого.

Внутреннее содержимое ядра составляет кариолимфа (ядерный сок), заполняющая пространство между структурами ядра. В нём находится одно или несколько ядрышек, а также значительное количество молекул ДНК, соединённых со специфическими белками — гистонами.

Ядрышко

Ядрышко — как и цитоплазма, содержит преимущественно РНК и специфические белки. Важнейшая его функция заключается в том, что в нём происходит формирование рибосом, которые осуществляют синтез белков в клетке.

Аппарат Гольджи

Аппарат Гольджи — органоид, имеющий универсальное распространение во всех разновидностях эукариотических клеток. Представляет собой многоярусную систему плоских мембранных мешочков, которые по периферии утолщаются и образуют пузырчатые отростки. Он чаще всего расположен вблизи ядра.

В состав аппарата Гольджи обязательно входит система мелких пузырьков (везикул), которые отшнуровываются от утолщённых цистерн (диски) и располагаются по периферии этой структуры. Эти пузырьки играют роль внутриклеточной транспортной системы специфических секторных гранул, могут служить источником клеточных лизосом.

Функции аппарата Гольджи состоят также в накоплении, сепарации и выделении за пределы клетки с помощью пузырьков продуктов внутриклеточного синтеза, продуктов распада, токсических веществ. Продукты синтетической деятельности клетки, а также различные вещества, поступающие в клетку из окружающей среды по каналам эндоплазматической сети, транспортируются к аппарату Гольджи, накапливаются в этом органоиде, а затем в виде капелек или зёрен поступают в цитоплазму и либо используются самой клеткой, либо выводятся наружу. В растительных клетках Аппарат Гольджи содержит ферменты синтеза полисахаридов и сам полисахаридный материал, который используется для построения клеточной оболочки. Предполагают, что он участвует в образовании вакуолей. Аппарат Гольджи был назван так в честь итальянского учёного Камилло Гольджи, впервые обнаружившего его в 1897 году.

Лизосомы

Лизосомы представляют собой мелкие пузырьки, ограниченные мембраной основная функция которых — осуществление внутриклеточного пищеварения. Использование лизосомного аппарата происходит при прорастании семени растения (гидролиз запасных питательных веществ).

Микротрубочки

Микротрубочки — мембранные, надмолекулярные структуры, состоящие из белковых глобул, расположенных спиральными или прямолинейными рядами. Микротрубочки выполняют преимущественно механическую (двигательную) функцию, обеспечивая подвижность и сокращаемость органоидов клетки. Располагаясь в цитоплазме, они придают клетке определённую форму и обеспечивают стабильность пространственного расположения органоидов. Микротрубочки способствуют перемещению органоидов в места, которые определяются физиологическими потребностями клетки. Значительное количество этих структур расположено в плазмалемме, вблизи клеточной оболочки, где они участвуют в формировании и ориентации целлюлозных микрофибрилл оболочек растительных клеток.

Вакуоль

Вакуоль — важнейшая составная часть растительных клеток. Она представляет собой своеобразную полость (резервуар) в массе цитоплазмы, заполненную водным раствором минеральных солей, аминокислот, органических кислот, пигментов, углеводов и отделённую от цитоплазмы вакуолярной мембраной — тонопластом.

Цитоплазма заполняет всю внутреннюю полость только у самых молодых растительных клеток. С ростом клетки существенно изменяется пространственное расположение вначале сплошной массы цитоплазмы: у неё появляются заполненные клеточным соком небольшие вакуоли, и вся масса становится ноздреватой. При дальнейшем росте клетки отдельные вакуоли сливаются, оттесняя к периферии прослойки цитоплазмы, в результате чего в сформированной клетке находится обычно одна большая вакуоль, а цитоплазма со всеми органеллами располагаются около оболочки.

Водорастворимые органические и минеральные соединения вакуолей обусловливают соответствующие осмотические свойства живых клеток. Этот раствор определённой концентрации является своеобразным осмотическим насосом для регулируемого проникновения в клетку и выделения из неё воды, ионов и молекул метаболитов.

В комплексе со слоем цитоплазмы и её мембранами, характеризующимися свойствами полупроницаемости, вакуоль образует эффективную осмотическую систему. Осмотически обусловленными являются такие показатели живых растительных клеток, как осмотический потенциал, сосущая сила и тургорное давление.

Пластиды

Пластиды — самые крупные (после ядра) цитоплазматические органоиды, присущие только клеткам растительных организмов. Они не найдены только у грибов. Пластиды играют важную роль в обмене веществ. Они отделены от цитоплазмы двойной мембранной оболочкой, а некоторые их типы имеют хорошо развитую и упорядоченную систему внутренних мембран. Все пластиды едины по происхождению.

Хлоропласты — наиболее распространённые и наиболее функционально важные пластиды фотоавтотрофных организмов, которые осуществляют фотосинтетические процессы, приводящие в конечном итоге к образованию органических веществ и выделению свободного кислорода. Хлоропласты высших растений имеют сложное внутреннее строение.

Размеры хлоропластов у разных растений неодинаковы, но в среднем диаметр их составляет 4-6 мкм. Хлоропласты способны передвигаться под влиянием движения цитоплазмы. Кроме того, под воздействием освещения наблюдается активное передвижение хлоропластов амебовидного типа к источнику света.

Хлорофилл — основное вещество хлоропластов. Благодаря хлорофиллу зелёные растения способны использовать световую энергию.

Лейкопласты (бесцветные пластиды) представляют собой чётко обозначенные тельца цитоплазмы. Размеры их несколько меньше, чем размеры хлоропластов. Более и однообразна и их форма, приближающая к сферической.

Встречаются в клетках эпидермиса, клубнях, корневищах. При освещении очень быстро превращаются в хлоропласты с соответствующим изменением внутренней структуры. Лейкопласты содержат ферменты, с помощью которых из излишков глюкозы, образованной в процессе фотосинтеза, в них синтезируется крахмал, основная масса которого откладывается в запасающих тканях или органах (клубнях, корневищах, семенах) в виде крахмальных зёрен. У некоторых растений в лейкопластах откладываются жиры. Резервная функция лейкопластов изредка проявляется в образовании запасных белков в форме кристаллов или аморфных включений.

Хромопласты в большинстве случаев являются производными хлоропластов, изредка — лейкопластов.

Созревание плодов шиповника, перца, помидоров сопровождается превращением хлоро- или лейкопластов клеток мякоти в каратиноидопласты. Последние содержат преимущественно жёлтые пластидные пигменты — каратиноиды, которые при созревании интенсивно синтезируются в них, образуя окрашенные липидные капли, твёрдые глобулы или кристаллы. Хлорофилл при этом разрушается.

Митохондрии

Митохондрии — органеллы, характерные для большинства клеток растений. Имеют изменчивую форму палочек, зёрнышек, нитей. Открыты в 1894 году Р. Альтманом с помощью светового микроскопа, а внутреннее строение было изучено позднее с помощью электронного.

Митохондрии имеют двухмембранное строение. Внешняя мембрана гладкая, внутренняя образует различной формы выросты — трубочки в растительных клетках. Пространство внутри митохондрии заполнено полужидким содержимым (матриксом), куда входят ферменты, белки, липиды, соли кальция и магния, витамины, а также РНК, ДНК и рибосомы. Ферментативный комплекс митохондрий ускоряет работу сложного и взаимосвязанного механизма биохимических реакций, в результате которых образуется АТФ. В этих органеллах осуществляется обеспечение клеток энергией — преобразование энергии химических связей питательных веществ в макроэргиеские связи АТФ в процессе клеточного дыхания. Именно в митохондриях происходит ферментативное расщепление углеводов, жирных кислот, аминокислот с освобождением энергии и последующим превращением её в энергию АТФ. Накопленная энергия расходуется на ростовые процессы, на новые синтезы и т. д. Митохондрии размножаются делением и живут около 10 дней, после чего подвергаются разрушению.

Эндоплазматическая сеть

Эндоплазматическая сеть — сеть каналов, трубочек, пузырьков, цистерн, расположенных внутри цитоплазмы. Открыта в 1945 году английским учёным К. Портером, представляет собой систему мембран, имеющих ультрамикроскопическое строение.

Вся сеть объединена в единое целое с наружной клеточной мембраной ядерной оболочки. Различают ЭПС гладкую и шероховатую, несущую на себе рибосомы. На мембранах гладкой ЭПС находятся ферментные системы, участвующие в жировом и углеводном обмене. Этот тип мембран преобладает в клетках семян, богатых запасными веществами (белками, углеводами, маслами), рибосомы прикрепляются к мембране гранулярной ЭПС, и во время синтеза белковой молекулы полипептидная цепочка с рибосомами погружается в канал ЭПС. Функции эндоплазматической сети очень разнообразны: транспорт веществ как внутри клетки, так и между соседними клетками; разделение клетки на отдельные секции, в которых одновременно проходят различные физиологические процессы и химические реакции.

Рибосомы

Рибосомы — немембранные клеточные органоиды. Каждая рибосома состоит из двух не одинаковых по размеру частичек и может делиться на два фрагмента, которые продолжают сохранять способность синтезировать белок после объединения в целую рибосому.

Рибосомы синтезируются в ядре, затем покидают его, переходя в цитоплазму, где прикрепляются к наружной поверхности мембран эндоплазматической сети или располагаются свободно. В зависимости от типа синтезируемого белка рибосомы могут функционировать по одиночке или объединяться в комплексы — полирибосомы.

Источник: biouroki.ru