Строение клетки Лекция 1 по дисциплине

Строение клетки Лекция 1 по дисциплине «Основы биологии »

Понятие «клетка» • Кле тка — элементарная единица строения и жизнедеятельности всех живых организмов (кроме вирусов), обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию. • Раздел биологии, занимающийся изучением строения и жизнедеятельности клеток, получил название цитологии.

Размеры клеток • прокариотических: в среднем 0, 5— 5 мкм, • эукариотических: в среднем от 10 до 50 мкм, реже 1 -10 мм, очень редко еще больше (отростки нервных клеток – до 1 м).

Форма клеток 1 -6 - бактериальные клетки; 7 -9 - водоросли; 10 -12 – животные клетки; 13 – растительная клетка

Структурные компоненты клетки: • мембранная система; • цитоплазматический матрикс; • клеточные органеллы; • клеточные включения.

Мембранная система • клеточная цитоплазматическая мембрана, • эндоплазматический ретикулум (сеть), • аппарат Гольджи.

Жидкостно-мозаичная модель мембраны (М. Сингер и Г. Николсон, 1972 г. ) • мембрана имеет толщину 8 -12 нм; • состоит из бимолекулярного слоя липидов (гидрофобные концы молекул фосфолипидов и триглицеридов направлены внутрь, а наружу - гидрофильные головки), • в двойной слой липидов встроены белки.

Функции мембран • транспорт веществ через мембрану (в клетку и из нее); • отграничивают содержимое клетки от внешней среды; органелл от цитоплазмы; • выполняют роль рецепторов; • являются катализаторами.

Транспорт веществ через мембрану • диффузия – это неспецифическое проникновение веществ в клетку под действием разности концентраций или электрических потенциалов по обе стороны мембраны; • осмос – это переход молекул растворителя (воды) из области с более высокой концентрацией в область с более низкой через избирательно проницаемую мембрану. В первых двух случаях затрат энергии не требуется, процессы носят пассивный характер; • активный транспорт – перенос молекул или ионов через мембрану против градиентов их концентраций, что связано с затратой энергии. Большинство полярных молекул в клетку проникают посредством специфических транспортных белков; • эндо- и экзоцитоз.

Эндо- и экзоцитоз • процессы поступления и вывода различных материалов соответственно в клетку и из нее; • эндоцитоз имеет две разновидности: фагоцитоз (поглощение твердых частиц) и пиноцитоз (поглощение жидкого материала).

Эндоплазматический ретикулум (сеть) • образуется из впячиваний цитоплазматической мембраны, в результате чего цитоплазма делится на ряд обособленных пространств, систему уплощенных мембранных мешочков, цистерн в виде трубочек и пластинок

Типы ЭПС: • гранулярный (шероховатый), когда поверхность усеяна рибосомами, по его цистернам перемещается белок, синтезирующийся в рибосомах; • гладкий: сконцентрированы ферменты, синтезирующие липиды и стероиды.

Аппарат Гольджи • образование из ориентированных определенным образом стопок дисковидных мембранных пузырьков (цистерн). В животных клетках, как правило, одна стопка, в растительных – несколько и называются диктиосомы. На одном выпуклом конце стопки постоянно формируются новые цистерны из сливающихся пузырьков, на другом, вогнутом, цистерны вновь распадаются на пузырьки

Функции аппарата Гольджи: • модификация и секреция веществ, синтезируемых клеткой (белки из полости ЭПС входят в аппарат Гольджи, где подвергаются ковалентным модификациям, в результате приобретают свои конечные зрелые формы); • направляет синтезированные вещества в многочисленные внутриклеточные и внеклеточные «пункты назначения» ; • правильная сортировка белков перед избирательным выделением - одна из главных функций аппарата Гольджи; • формирование лизосом.

Цитоплазма • это содержимое клетки, окруженное цитоплазматической мембраной; • различают: - основное вещество – матрикс (цитозоль или гиалоплазма (от «hyaline» - прозрачный), - органеллы и включения; - микротрабекулярная сеть.

Матрикс • образует истинную внутреннюю среду клетки, которая объединяет все внутриклеточные структуры и обеспечивает их взаимодействие друг с другом; • представляет собой коллоидный раствор структурных белков и ферментов, аминокислот и нуклеотидов, углеводов, минеральных и других веществ в воде; • по консистенции приближается к гелю, однако под воздействием внешних условий или внутренних факторов возможны «гель-золь» переходы.

Микротрабекулярная сеть • образованна тонкими фибриллами толщиной 2 -3 нм и пронизывает всю цитоплазму; • в точках пересечения трабекул (перекладин) сети располагаются группы рибосом; • системы тонких нитей разделяют гиалоплазму на две фазы: полимерную, богатую белками и жидкую. • функции: - создание и поддержание внутриклеточного каркаса (цитоскелета), - правильная организация ферментов в объеме цитоплазмы; - упорядочение размещения всех структурных компонентов клетки.

Цитоскелет

Клеточные органеллы Ядро

• форма: объемно-шаровидная или яйцевидная; • размеры: колеблются от 2 до 100 мкм; • строение: - оболочка, состоящая из двух мембран: наружной и внутренней; наружная мембрана переходит в эндоплазматический ретикулум; оболочка пронизана порами диаметром 80 -90 нм; - в нуклеоплазме (ядерном соке) располагаются хроматин и одно или несколько ядрышек; • ядерный сок состоит из ионов, ферментов, нуклеотидов и нитчатых (фибриллярных) белков, выполняющих опорную функцию; • Функция сока: обеспечение нормального функционирования генетического материала; • в ядрышке образуются и созревают рибосомальные РНК (р. РНК); • хроматин представлен в виде глыбок, рассеянных в нуклеоплазме, и является интерфазной формой существования хромосом клетки. Он состоит из витков ДНК, соединенных с белками-гистонами, в которой закодирована наследственная информация клетки или всего организма. • Главные функции клеточного ядра: - хранение информации; - передача информации в цитоплазму с помощью транскрипции, т. е. синтез переносящей информацию м. РНК, - передача информации дочерним клеткам при репликации - делении клетки и ядер.

Рибосома • округлая органелла, состоящая из белков и нуклеиновых кислот РНК, диаметром 20 -30 нм; • функция – биосинтез белка; • состоит из двух субчастиц: большой и малой; • в клетке располагаются свободно или локализованы на мембранах шероховатого ЭР; • при синтезе белка образуют вдоль м-РНК цепи рибосом – полисомы.

Схема строения рибосомы 1 – малая субъединица; 2 – и. РНК; 3 – т. РНК; 4 – аминокислота; 5 – большая субъединица; 6 – мембрана ЭПС; 7 – синтезируемая полипептидная цепь

Цепочки рибосом - полисомы

Митохондрии • структуры округлой или палочковидной, реже ветвящейся формы толщиной 0, 5 мкм и длиной 5 -10 мкм; • оболочка состоит из двух мембран, различающихся по химическому составу, набору ферментов и функциям; • внутренняя мембрана образует впячивания – кристы, на которых содержатся компоненты е- транспортной цепи и АТФ- синтеза; • главная функция – объединение энергии, выделяющейся при окислении субстратов, и образование АТФ, аккумулирующей энергию в макроэргических связях; • побочные функции: участие в синтезе стероидных гормонов и некоторых аминокислот.

Лизосомы • окруженные одинарной мембраной специфические образования диаметром 0, 2 – 0, 5 мкм, • содержат гидролитические ферменты в высоких концентрациях; • в комплексе с ферментами -гидролазами осуществляют разложение и переваривание биополимеров (нуклеиновых кислот, белков, жиров, полисахаридов); • при повреждении лизосом происходит растворение клетки, т. к. ферменты выходят в цитоплазму.

Микротельца. Пероксисомы • Микротельца - это ограниченные одной мембраной пузырьки диаметром 0, 1 -1, 5 мкм с белковым матриксом. К этой группе относятся пероксисомы.

• главный источник трех окислительных ферментов - оксидазы, уратоксидазы и каталазы. Подобно митохондрии, пероксисома - это один из главных центров утилизации кислорода в клетке • Фермент пероксидаза катализирует реакцию RH 2+O 2 = R+H 2 O 2. Фермент каталаза катализирует реакцию H 2 O 2+RH 2 = R+2 H 2 O,

Сферосомы • мембранные пузырьки в клетках растений; • образуются из элементов ЭР; • по форме и размерам сферосомы сходны с лизосомами, внутри находится белковый матрикс; • основная функция – накопление масел.

Вакуоль • органоид, характерный для растительных клеток; • окружена одинарной мембраной (тонопласт) и представляет собой своеобразный клеточный «насос» , осуществляющий осморегуляцию. • занимает, иногда, до 90% объема клетки; • функции: - хранилище клеточного сока, в котором содержатся различные соли, витамины, сахара, растворимые белки, кислород, пигменты, ядовитые для клетки продукты обмена; - поддерживает тургор; - придает окраску цветкам за счет пигментов; - играет роль лизосом; - содержит запасные питательные вещества.

Пластиды • органоиды, присущие только растительным клеткам, окружены двойной мембраной; • по цвету и выполняемым функциям различают три типа пластид: - хлоропласты; - хромопласты; - лейкопласты.

Хлоропласты • имеют форму двояковыпукл ой линзы; • покрыты оболочкой, состоящей из двух мембран.

• внешняя мембрана гладкая, • внутренняя имеет выросты внутрь матрикса (стромы) в виде пластинок (ламеллы) и дисковидных мешков (тилакоиды); • лежат друг на друге правильными стопками – гранами; • во внутренних мембранах локализованы фотосинтетические пигменты (у высших растений – хлорофилл а и b, у водорослей возможно появление хлорофилла c, d, e).

Хромопласты. Лейкопласты • крупнее хлоропластов; • пластиды красно-оранжевого и желтого цветов; • красящие пигменты группы каротиноидов (их более 50, но наиболее распространены каротин и ксантофилл); • функция – придают окраску лепесткам цветов, плодам, корнеплодам; • лейкопласты не имеют пигмента, бесцветны; • образуются в органах, скрытых от солнечного света; • функция – синтез и накопление запасных питательных веществ.

Клеточная стенка • особенность растительной клетки; • образуется из веществ, вырабатываемых цитоплазмой, которые откладываются снаружи от нее, создавая оболочку (пектин, гемицеллюлоза и целлюлоза); • целлюлоза обладает высокой прочностью за счет волокнистого строения; • в оболочке имеются неутолщенные места – поры (проходят тонкие тяжи цитоплазмы, по которым осуществляется обмен веществ между соседними клетками); • функции - сохраняет целостность содержимого клетки, обеспечивая ее защиту. Значительная гидратация клеточной стенки обеспечивает перемещение воды по ее пространству, что влияет на физико-химические свойства полисахаридов.

Клеточные включения • относительно непостоянные компоненты цитоплазмы, которые служат запасными питательными веществами (жир, гликоген), продуктами, подлежащими выделению из клетки (гранулы секрета), балластными веществами (некоторые пигменты).

Обобщенное строение клеток животная клетка растительная клетка

Система живого мира Вирусы домен эукариоты домен археи царство Грибы Животные домен бактерии царство Растения

Основные отличия прокариот от эукариот Прокариоты Эукариоты Организмы Бактерии, археи Грибы, растения, животные Размеры клеток Обычный линейный размер 0, 2 -10 мкм 1 -100 мкм Метаболизм Аэробный или анаэробный Аэробный Капсула Имеется у отдельных видов Отсутствует Клеточная стенка Имеется, основной компонент - муреин В клетках грибов основной компонент – хитин, растений – целлюлоза, животных - отсутствует Плазматическая мембрана Имеется Цитоплазма Отсутствие цитоскелета , перетекания Имеется цитоскелет из белковых цитоплазмы, эндо- и экзоцитоза волокон, цитоплазматические течения, эндо- и экзоцитоз, Органеллы Немногочисленны или отсутствуют Ядро, митохондрии, хлоропласты, ЭР Генетический аппарат Нуклеоид (молекула ДНК, замкнутая в Истинное ядро, имеющее кольцо, свободно плавающая в двумембранную ядерную цитоплазме), ядерная мембрана оболочку. ДНК очень длинная, отсутствует. Есть плазмиды. организована в хромосомы. Деление клеток Бинарное Митоз (или мейоз) Клеточная организация Преимущественно одноклеточные Преимущественно многоклеточные с клеточной дифференциацией