Строение клетки

Как мы уже знаем, ядро управляет всеми процессами жизнедеятельности клетки. Эти процессы сложны и многообразны: клетка должна поддерживать форму, получать извне вещества для пластического и энергетического обмена, синтезировать органические вещества (Рис. 1).

Рис. 1. Строение клетки (Источник)

Каждая клетка представляет собой сложнейшую биохимическую фабрику, во много раз более совершенную, чем любой созданный руками человека механизм или завод. И все эти многочисленные биохимические реакции протекают в цитоплазме и в органеллах клетки.

Цитоплазма

Цитоплазма, или внутриклеточная жидкость, – жидкость, находящаяся внутри клеток. У эукариот матрикс цитоплазмы отделен клеточными мембранами от содержимого органоидов, например матрикса митохондрий. Содержимое клетки, за исключением плазматической мембраны и ядра, называют цитоплазмой.

Цитоплазма состоит из основного водянистого вещества и находящихся в ней различных органелл. Основное вещество цитоплазмы получило название гиалоплазмы или цитазоля и представляет собой густой бесцветный коллоидный раствор, который состоит из воды, содержание которой колеблется от 70 до 90 %.

В гиалоплазме находятся малые органические молекулы и биополимеры, а также различные неорганические соединения (Рис. 2).

Рис. 2. Концентрация ионов в цитоплазме (Источник)

Гиалоплазма – не только место хранения биомолекул, в ней же и протекают процессы обмена веществ в клетке – биосинтез белка, через нее происходит взаимодействие ядра и органоидов. Цитоплазма постоянно перемещается внутри клетки, что хорошо заметно по движению органелл. При помощи современного микроскопа удалось обнаружить тонкую структуру цитоплазмы (Рис. 3).

Рис. 3. Цитоплазма (Источник)

Цитоплазма эукариотических клеток пронизана трехмерной сетью из белковых нитей, называемых цитоскелетом.
состоит из трех элементов: микротрубочек, промежуточных филаментов и микрофиламентов. Микротрубочки пронизывают всю цитоплазму и представляют собой полые трубки диаметром 20-30 нм. Их стенки толщиной 5 нм образованы специально закрученными нитями, построенными из белка тубулина. Сбор микротрубочек из тубулина происходит в клеточном центре. Микротрубочки прочны и образуют опорную основу цитоскелета. Часто они располагаются таким образом, чтобы противодействовать растяжению и сжатию клетки. Кроме механической функции, микротрубочки выполняют также и транспортную функцию, участвуя в переносе по цитоплазме различных веществ.

Они являются главным белковым компонентом аксонов и дендритов. В аксоне имеются трубочки, идущие по всей его длине, поддерживают структуру аксона и обеспечивают транспорт веществ вдоль аксона (Рис. 4).

Рис. 4. Нервная клетка (Источник)

Животные клетки, у которых нарушена система микротрубочек, принимают сферическую форму. В растительных клетках расположение микротрубочек соответствует расположению целлюлозных волокон, отлагающихся при построении клеточной стенки, таким образом, они косвенно определяют форму клетки.

Микрофиламенты (МФ) – нити, состоящие из молекул глобулярного белка актина и присутствующие в цитоплазме всех эукариотических клеток. Микрофиламенты образуют сплетения или пучки (Рис. 5).

Рис. 5. Пучки микрофиламентов (Источник)

Микрофиламенты чаще всего располагаются вблизи плазматической мембраны. Они  способны менять ее форму, что очень важно, например, для процессов фагоцитоза и пиноцитоза.

Промежуточные филаменты (ПФ) – нитевидные структуры из особых белков, один из трех основных компонентов цитоскелета клеток эукариот. Средний диаметр ПФ – около 10 нм – меньше, чем у микротрубочек (около 25 нм), и больше, чем у актиновых микрофиламентов (5-9 нм). Они играют роль в движении и участвуют в образовании цитоскелета.

Мы видим, что цитоплазма пронизана компонентами цитоскелета, основные функции которого:

— механический каркас клетки для поддержания ее формы;

— мотор клеточного движения, так как компоненты цитоскелета определяют деление клетки, перемещение органелл внутри клетки и движение цитоплазмы;

— транспорт органелл и клеточных комплексов внутри клетки.

Клеточный центр

Клеточный центр, или центросома, расположен в цитоплазме вблизи ядра и образован двумя центриолями – цилиндрами, расположенными перпендикулярно друг другу (Рис. 6).

Рис. 6. Телофаза митоза клетки (Источник)

Диаметр каждой центриоли – 150–250 нм, а длина – 300–500 нм. Стенка каждой центриоли состоит из девяти комплексов микротрубочек, а каждый комплекс (или триплет), в свою очередь, построен из трех микротрубочек. Триплеты центриоли соединены между собой рядом связок (Рис. 7). Основной белок, образующий центриоли, – тубулин.

Рис. 7. Триплеты центриоли (Источник)

Центриоли необходимы для образования базальных телец ресничек и жгутиков. Перед делением клетки центриоли удваиваются. В процессе деления клетки они попарно расходятся к противоположным полюсам клетки и участвуют в образовании нитей веретена деления (Рис. 8).

Рис. 8. Строение жгутика и деление клетки (Источник)

Само веретено деления образуется из микротрубочек, при сборке которых центриоли играют роль центров организации. Центриоли встречаются практически во всех животных клетках и в клетках низших растений, в клетках высших растений клеточный центр устроен по-другому и центриолей не содержит.

Рибосомы

Рибосомы – это очень мелкие органеллы, диаметром около 20 нм, необходимые клетке для синтеза белка (Рис. 9).

Рис. 9. Рибосомы (Источник)

Каждая рибосома состоит из двух неодинаковых по размерам частиц, малой и большой.   В одной клетке содержится много тысяч рибосом, они располагаются либо на мембранах гранулярной эндоплазматической сети, либо свободно лежат в цитоплазме. В состав рибосом входят белки и РНК. Функция рибосом – это синтез белка. Синтез белка – сложный процесс, который осуществляется не одной рибосомой, а целой группой, включающей до нескольких десятков объединенных рибосом. Такую группу рибосом называют полисомой. Синтезированные белки сначала накапливаются в каналах и полостях эндоплазматической сети, а затем транспортируются к органоидам и участкам клетки, где они потребляются. Эндоплазматическая сеть и рибосомы, расположенные на ее мембранах, представляют собой единый аппарат биосинтеза и транспортировки белков.

Если рибосомы находятся в свободном состоянии, то, как правило, они синтезируют белок, необходимый для данной клетки (Рис. 10).

Рис. 10. Свободные рибосомы (Источник)

Если рибосомы прикреплены к эндоплазматической сети, то считается, что такой белок идет на экспорт – секретируется во внеклеточное пространство или используется другими клетками данного организма (Рис. 11).

Рис. 11. Эндоплазматическая сеть (Источник)

Источник: interneturok.ru

Строение

Важнейшей органеллой клетки является ядро. Оно содержит генетическую информацию и ядрышко, где образуются рибосомы. Синтезированные рибосомы через поры ядерной мембраны попадают либо на эндоплазматическую сеть, либо в цитоплазму. В зависимости от расположения в эукариотической клетке выделяют два вида рибосом:

• связанные – располагаются на эндоплазматической сети (шероховатый вид);
• свободные – располагаются в цитозоле.

Гладкая ЭПС образуется после освобождения от рибосом. В растительных клетках гладкая ЭПС формирует провакуоли, из которых затем образуются вакуоли.

Рис. 1. Расположение рибосом в клетке.

Рибосомы – немембранные органеллы, имеющие округлую форму и состоящие из двух частей – субъединиц (большой и малой), каждая из которых представляет собой смесь рибосомальной РНК (рРНК) и белков. С химической точки зрения рибосома – нуклеопротеид, состоящий из нуклеиновых кислот и протеинов.

Рис. 2. Строение рибосом.

Различают четыре разновидности молекул РНК рибосомы:

• 18S-РНК – содержит 1900 нуклеотидов;
• 5S-РНК – содержит 120 нуклеотидов;
• 5,8S-РНК – состоит из 160 нуклеотидов;
• 28S-РНК – состоит из 4800 нуклеотидов.

Малая частица рибосомы образована 30-35 белками и 18S-РНК. В большую субчастицу входит 45-50 белков и 5S-, 5,8S-, 28S-РНК.

В нерабочем состоянии части рибосом разъединены. Они соединяются с помощью информационной (матричной) РНК, обхватывая её с двух сторон. При синтезе белка рибосомы объединяются, образуя комплексы – полисомы или полирибосомы, связанные мРНК и напоминающие бусины на нитке.

Синтез белка

Главная функция рРНК – синтез белка и аминокислот.
Биосинтез белков включает два процесса:

• транскрипцию;
• трансляцию.

Транскрипция происходит с участием ДНК. Генетическую информацию считывает фермент РНК-полимераза, образуя мРНК. Далее начинается процесс трансляции, происходящий на рибосомах.
Этот процесс разделяется на три этапа:

• инициацию – начало синтеза;
• элонгацию – биосинтез;
• терминацию – завершение синтеза, отделение рибосомы.

При инициации происходит сборка рибосомы. Контактные части субъединиц называются активными центрами, между которыми располагается:

• мРНК в качестве «шаблона» синтеза;
• тРНК, осуществляющая перенос аминокислот на синтезируемую цепь;
• синтезируемый пептид, состоящий из аминокислот.

В процессе элонгации происходит удлинение полипептидной цепи за счёт присоединения аминокислот. Цепь отсоединяется от рибосомы на стадии терминации благодаря стоп-кодону – единицы генетического кода, шифрующего прекращение синтеза белка.

Рис. 3. Общая схема синтеза белка на рибосоме.

Биосинтез требует энергетических затрат. При присоединении одной аминокислоты расходуется по две молекулы АТФ (аденозинтрифосфата) и ГТФ (гуанозинтрифосфата). Кроме того, ГТФ тратится на процессы инициации и терминации.

Источник: obrazovaka.ru

Одноклеточные и многоклеточные растения

Есть растения одноклеточные и многоклеточные. К первым относятся некоторые водоросли, состоящие только из одной клетки, и в этом случае такая клетка несет в себе все присущие ей функции. Многоклеточные растения представляют собой не простую сумму клеток, а единый организм, в котором они образуют различные ткани и органы, находящиеся во взаимодействии друг с другом.

Структурные элементы растительной клетки

Клетки растений весьма разнообразны как по размерам и форме, так и по выполняемым ими функциям, но в основном состоят из одних и тех же частей. Строение взрослой растительной клетки.

1. — оболочка,
2. — срединная пластинка,
3. — межклетник,
4. — плазмодесмы,
5. — плазмалемма,
6. — тонопласт,
7. — вакуоля,
8. — цитоплазма,
9. — капелька масла,
10. — митохондрия,
11. — хлоропласт,
12. — граны в хлоропласте,
13. — крахмальное зерно в хлоропласте,
14. — ядро,
15. — ядерная оболочка,
16. — ядрышко,
17. — хроматин.

Каждая взрослая живая клетка состоит из:

• оболочки,
• протоплазмы,
• вакуоли.

Оболочка придает растительной клетке определенную форму. Под оболочкой находится протоплазма, обычно плотно прижатая к оболочке. Центральную часть клетки занимает вакуоля, наполненная клеточным соком. У молодых клеток вакуоли нет и протоплазма заполняет всю полость клетки. Рассмотрим подробнее строение растительной клетки, для этого опишем все ее составные части.

Протоплазма

Протоплазма — это живое вещество организма; в ней протекают сложнейшие реакции обмена, характерные для жизни. В протоплазме находится большое количество мембран-пленок, в образовании которых большую роль играют соединения белков с фосфатидами (жироподобными веществами). Благодаря наличию мембран у протоплазмы имеются огромные внутренние поверхности, на которых и протекают процессы адсорбции (поглощения) и десорбции (выделения) веществ и их передвижение, происходящие с большой скоростью. Большое количество мембран, разделяющих содержимое клетки, позволяет различным веществам, находящимся в клетке, не перемешиваться и передвигаться одновременно в противоположных направлениях. Однако физико-химические свойства мембран непостоянны; они непрерывно изменяются в зависимости от внутренних и внешних условий, что дает возможность саморегулирования биохимических процессов.

Химический состав протоплазмы

Химический состав протоплазмы очень сложен. Она состоит из органических и неорганических соединений, находящихся как в коллоидном, так и в растворенном состоянии. Удобным объектом для изучения химического состава протоплазмы является плазмодий фикомицетов, представляющий собой голую, лишенную оболочки протоплазму. Ниже приведен суммарный состав протоплазмы фикомицетов (в % от сухого веса): Водорастворимые органические вещества…………………………………………………   40,7 Из них: сахара………………………………………………………………………………………………..   14,2 белки……………………………………………………………………………………………………………….  22 аминокислоты, органические основания и другие азотные соединения…..  24,3 Не растворимые в воде органические вещества ………………………………………..   55,9 Из них: нуклеопротеиды………………………………………………………………………………..   32,2 свободные нуклеиновые кислоты ………………………………………………………………..   2,5 глобулины (простые белки) ……………………………………………………………………………   0,5 липопротеиды…………………………………………………………………………………………………   4,8 нейтральные жиры…………………………………………………………………………………………   6,8 фитостеролы (высокомолекулярные спирты) ……………………………………………….  3.2 фосфатиды………………………………………………………………………………………………………..  1,3 другие органические вещества……………………………………………………………………….  4,6 Минеральные вещества…………………………………………………………………………………..  3,4 Химический состав протоплазмы высших растений близок к приведенному выше, но он может изменяться в зависимости от вида, возраста и органа растения. В протоплазме содержится до 80% воды (в протоплазме покоящихся семян — 5—15%). Она пропитывает всю коллоидную систему протоплазмы, являясь ее структурным элементом. В протоплазме все время происходят химические реакции, для протекания которых необходимо, чтобы реагирующие соединения были в растворе.

Цитоплазма

Основной частью протоплазмы является цитоплазма, представляющая собой полужидкое содержимое клетки и заполняющее ее внутреннее пространство. В цитоплазме расположены ядро, пластиды, митохондрии (хондриосомы), рибосомы и аппарат Гольджи. Наружная мембрана цитоплазмы, граничащая с клеточной оболочкой, называется плазмалеммой. Плазмалемма легко пропускает воду и многие ионы, но задерживает крупные молекулы. На границе цитоплазмы с вакуолью тоже образуется мембрана, называемая тонопластом. В цитоплазме расположена эндоплазматическая сеть, представляющая собой систему ветвящихся мембран, соединенных с наружной мембраной. Мембраны эндоплазматической сети образуют каналы и расширения, на поверхности которых и протекают все химические реакции. Важнейшие свойства цитоплазмы — вязкость и эластичность. Вязкость цитоплазмы изменяется в зависимости от температуры: при повышении температуры вязкость уменьшается и, наоборот, при понижении — увеличивается. При большой вязкости обмен веществ в клетке снижается, при малой — возрастает. Эластичность цитоплазмы проявляется в ее способности возвращаться к исходной форме после деформации, что указывает на определенную структуру цитоплазмы. Цитоплазма способна к движению, которое тесно связано с окружающими условиями. Основу движения составляет сократимость белков цитоплазмы клеток. Повышение температуры ускоряет движение цитоплазмы, отсутствие кислорода останавливает его. Вероятно, движение цитоплазмы тесно связано с превращением веществ и энергии в растении. Способность цитоплазмы реагировать на внешние условия и приспосабливаться к ним называется раздражимостью. Наличие раздражимости характеризует живой организм. Ответная реакция цитоплазмы на воздействие температуры, света и влаги требует затраты энергии, которая выделяется в процессе дыхания. Листочки стыдливой мимозы при механическом раздражении быстро складываются, но при частом повторении раздражения перестают на него реагировать; последнее, по-видимому, объясняется недостатком энергии. Раздражимость цитоплазмы— основа всех видов движения и других явлений жизнедеятельности раст.

Ядро

Ядро — важнейший и самый крупный органоид клетки. Размеры ядра зависят от вида растения и состояния клетки (у высших растений в среднем от 5 до 25 мк). Форма ядра чаще всего шаровидная, у вытянутых клеток — овальная. Живая клетка обычно имеет только одно ядро, но у высших растений сильно вытянутые клетки (из которых образуются лубяные волокна) содержат по нескольку ядер. В молодых клетках, не имеющих вакуоли, ядро обычно занимает центральное положение, у взрослых при образовании вакуолей оно отодвигается к периферии. Ядро представляет собой коллоидную систему, но более вязкую, чем цитоплазма. Оно отличается от цитоплазмы и по химическому составу; в ядре содержатся основные и кислые белки и различные ферменты, а также большое количество нуклеиновых кислот, дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). ДНК преобладает в ядре и обычно не содержится в цитоплазме. Ядро отделяется от цитоплазмы тонкой оболочкой, или ядерной мембраной, в которой находятся отверстия — поры. Через поры осуществляется обмен между ядром и цитоплазмой. Под мембраной находится ядерный сок, в который погружены одно или несколько ядрышек и хромосомы. В ядрышке содержатся рибонуклеиновая кислота (РНК), которая принимает участие в синтезе белка, и фосфорсодержащие белки. Ядро принимает участие во всех жизненных процессах клетки; при его удалении клетка отмирает.

Пластиды

Пластиды имеются только в растительных клетках. Они хорошо видны в обычный микроскоп, так как более плотные и иначе преломляют свет, чем цитоплазма. Во взрослой растительной клетке различают 3 типа пластид:

• хлоропласты, имеющие зеленую окраску,
• хромопласты желтые или оранжевые,
• лейкопласты — бесцветные.

Размеры пластид зависят от вида растения и колеблются от 3—4 до 15—30 мк. Лейкопласты обычно мельче хлоропластов и хромопластов.

Митохондрии

Митохондрии встречаются во всех живых клетках и расположены в цитоплазме. Форма их весьма разнообразна и изменчива, размеры 0,2—5 мк. Количество митохондрий в клетке колеблется от десятков до нескольких тысяч. Они более плотны, чем цитоплазма, и имеют иной химический состав; в них содержится 30—40% белка, 28—38% липоидов и 1 — .6% рибонуклеиновой кислоты. Митохондрии передвигаются в клетке вместе с цитоплазмой, но в некоторых клетках, по-видимому, они способны и к самостоятельному движению. Роль митохондрий в обмене веществ клетки очень велика. Митохондрии являются центрами, в которых происходит дыхание и образование макроэргических связей, заключенных в аденозинтрифосфорной кислоте (АТФ) и имеющих большой запас энергии (стр. 70, 94—96). Освобождение и перенос образующейся энергии происходят с участием большого числа ферментов, находящихся в митохондриях.

Аппарат Гольджи

В цитоплазме находится аппарат Гольджи, форма которого различна в разных клетках. Он может быть в виде дисков, палочек, зернышек. Аппарат Гольджи имеет много полостей, окруженных двухслойной оболочкой. Роль его сводится к накоплению и выведению из клетки различных веществ, вырабатываемых клеткой.

Рибосомы

Рибосомы — это субмикроскопические частицы, имеющие форму зернышек размером до 0,015 мк. Рибосомы содержат много белка (до 55%) и богаты рибонуклеиновой кислотой (35%), что составляет 65% всей рибонуклеиновой кислоты (РНК), находящейся в клетке. В рибосомах из аминокислот синтезируются белки, что возможно только при наличии РНК. Рибосомы находятся в цитоплазме, ядре, пластидах и, возможно, в митохондриях. Химический состав органоидов. В настоящее время благодаря созданию центрифуг, имеющих огромную скорость вращения (десятки тысяч оборотов в минуту), можно отделять различные части клетки друг от друга, так как они имеют разный удельный вес. Поэтому стало возможным изучать биохимические свойства каждой части клетки. Для сравнения химического состава органоидов клетки приводим данные (табл. 1).

Химический состав органоидов растительной клетки (в °/о от сухого вещества)

Органоид	Белки	Липоиды	Нуклеиновые кислоты	Примечание
Цитоплазма	80—95	2—3	1—2	Большая часть нуклеиновых кислот — ДНК
Ядра	50—80	8—40	10—30
Пластиды	30—45	20—40	0,5—3,0
Митохондрии	30—40	25—38	1—6
Рибосомы	50—57	3—4	35

Клеточная оболочка

Характерный признак растительной клетки — наличие прочной оболочки, которая придает клетке определенную форму и предохраняет протоплазму от повреждений. Оболочка может расти только при участии протоплазмы. Клеточная оболочка молодых клеток состоит в основном из целлюлозы (клетчатки), гемицеллюлоз и пектиновых веществ. Молекулы целлюлозы имеют вид длинных цепочек, собранных в мицеллы, расположение которых неодинаково у разных клеток. У волокон льна, конопли и других, представляющих собой вытянутые в длину клетки, мицеллы целлюлозы расположены вдоль клетки под некоторым углом. У клеток с одинаковым диаметром мицеллы расположены по всем направлениям в виде сетки. В межмицеллярных пространствах оболочки находится вода. В процессе жизни растительного организма в строении клеточной оболочки могут происходить изменения: оболочка может утолщаться и химически изменяться. Утолщение оболочки идет изнутри за счет жизнедеятельности протоплазмы, причем оно происходит не по всей внутренней поверхности клетки; всегда остаются не утолщенные места — поры, состоящие только из тонкой целлюлозной оболочки. Через поры, расположенные в соседних клетках друг против друга, проходят тончайшие нити цитоплазмы — плазмодесмы, благодаря которым осуществляется обмен между клетками. Однако при очень сильном утолщении оболочек резко затрудняется обмен, в клетке остается очень мало протоплазмы, и такие клетки отмирают, например лубяные волокна льна и конопли. В оболочке клетки могут происходить также химические изменения в зависимости от характера растительной ткани. В покровных тканях — эпидермисе — происходит кутинизация. При этом в межмицеллярных пространствах целлюлозной оболочки накапливается кутин — жироподобное вещество, трудно проницаемое для газов и воды. Однако кутинизация не приводит к отмиранию клеток, так как отложения кутина не захватывают всей поверхности клетки. В клетках покровной ткани кутинизируется только наружная стенка, образуя так называемую кутикулу. В оболочках клеток может также откладываться суберин — пробковое вещество, тоже жироподобное и непроницаемое для воды и газов. Отложение суберина, или опробковение, происходит быстро по всей поверхности оболочки, это нарушает обмен клетки и приводит к ее отмиранию. Может происходить и одревеснение оболочки. В этом случае она пропитывается лигнином, который приводит к остановке роста клетки, а в дальнейшем, при более сильном одревеснении, и к ее отмиранию.

Клеточный сок

Молодая растительная клетка полностью заполнена протоплазмой, но по мере роста клетки в ней появляются вакуоли, заполненные клеточным соком. Вначале вакуоли возникают в большом количестве в виде мелких капелек, затем отдельные вакуоли начинают сливаться в одну центральную и протоплазма оттесняется к стенкам клетки. Изменения происходящие в растительной клетке при ее росте.

1. — молодая клетка,
2. — образование вакуолей,
3. — слияние вакуолей и оттеснение  протоплазмы к оболочке.

Клеточный сок, заполняющий вакуолю, представляет собой водный раствор органических и минеральных веществ. В нем могут находиться сахара, органические и минеральные кислоты и их соли, ферменты, растворимые белки и пигменты. Весьма часто в клеточном соке встречается пигмент антоциан, окраска которого меняется в зависимости от реакции среды.

Источник: LibTime.ru