Строение и функции клеток. Строение животной клетки

Клеточная мембрана . Клетка (рис. 1.1) как живая система нуждается в поддержании определенных внутренних условий: концентрации различных веществ, температуры внутри клетки и др. Одни из этих параметров поддерживаются на неизменном уровне, так как их изменение приведет к гибели клетки, другие играют меньшее значение для сохранения ее жизнедеятельности.

Рис. 1.1.

Клеточная мембрана должна обеспечивать отграничение содержимого клетки от окружающей среды для поддержания необходимой концентрации веществ внутри клетки, в то же время она должна быть проницаемой для постоянного обмена веществ между клеткой и средой (рис. 1.2). Мембраны также ограничивают внутренние структуры клетки - органоиды (органеллы) - от цитоплазмы. Однако эго не просто разделительные барьеры. Клеточные мембраны сами по себе являются важнейшим органом клетки, обеспечивающим не только ее структуру, но и многие функции. Помимо разделения клеток между собой и отграничения от внешней среды мембраны объединяют клетки в ткани, регулируют обмен между клеткой и внешней средой, сами являются местом протекания многих биохимических реакций, служат передатчиками информации между клетками.

По современным данным, плазматические мембраны - это липопротеиновые структуры (липопротеины - соединения белковых и жировых молекул). Липиды (жиры) спонтанно образуют двойной слой, а мембранные белки «плавают» в нем, словно острова в океане. В мембранах присутствуют несколько тысяч различных белков: структурные, переносчики, ферменты и др. Кроме того, между белковыми молекулами имеются поры, сквозь которые могут проходить некоторые вещества. К поверхности мембраны подсоединены специальные гликозильные группы, которые участвуют в процессе распознавания клеток при образовании тканей.

Рис. 1.2.

Разные типы мембран отличаются по своей толщине (обычно она составляет от 5 до 10 нм). По консистенции мембраны напоминают оливковое масло. Важнейшее свойство клеточной мембраны - полупроницаемость », т.е. способность пропускать только определенные вещества. Прохождение различных веществ через плазматическую мембрану необходимо для доставки питательных веществ и кислорода в клетку, вывода токсичных отходов, создания разницы концентрации отдельных микроэлементов для поддержания нервной и мышечной активности. Механизмы транспорта веществ через мембрану:

диффузия - газы, жирорастворимые молекулы проникают прямо через плазматическую мембрану, в том числе облегченная диффузия, когда растворимое в воде вещество проходит через мембрану по особому каналу;
осмос - диффузия воды через полунепроницаемые мембраны в сторону более низкой концентрации ионов;
активный транспорт - перенос молекул из области с меньшей концентрацией в область с большей с помощью специальных транспортных белков;
эндоцитоз - перенос молекул с помощью пузырьков (вакуолей), образуемых втягиванием мембраны; различают фагоцитоз (поглощение твердых частиц) и ниноцитоз (поглощение жидкостей) (рис. 1.3);
экзоцитоз - процесс, обратный эндоцитозу; посредством него из клеток могут выводиться твердые частицы и жидкий секрет (рис. 1.4).

Диффузия и осмос не требуют дополнительной энергии; активный транспорт, эндоцитоз и экзоцитоз нуждаются в обеспечении энергией, которую клетка получает при расщеплении усвоенных ею питательных веществ.

Рис. 1.3.

Рис. 1.4.

Регуляция прохождения различных веществ через плазматическую мембрану является одной из ее важнейших функций. В зависимости от внешних условий структура мембраны может изменяться: она может становиться более жидкой, активной и проницаемой. Регулятором проницаемости мембран является жироподобное вещество холестерол.

Внешняя структура клетки поддерживается более плотной структурой - клеточной оболочкой. Клеточная оболочка может иметь самое различное строение (быть эластичной, иметь жесткий каркас, щетинки, усики и др.) и выполнять достаточно сложные функции.

Ядро имеется во всех клетках человеческого организма, за исключением эритроцитов. Как правило, клетка содержит только одно ядро, однако есть и исключения - например, клетки поперечнополосатых мышц содержат множество ядер. Ядро имеет шаровидную форму, его размеры колеблются от 10 до 20 мкм (рис. 1.5).

Ядро отграничено от цитоплазмы ядерной оболочкой , состоящей из двух мембран - наружной и внутренней, аналогичных клеточной мембране, и узкой щели между ними, содержащей полужидкую среду; через поры ядерной оболочки осуществляется интенсивный обмен веществ между ядром и цитоплазмой. На внешней мембране оболочки расположено множество рибосом - органоидов, синтезирующих белок.

Под ядерной оболочкой находится кариоплазма (ядерный сок), в которую поступают вещества из цитоплазмы. Кариоплазма содержит хромо го сомы (продолговатые структуры, содержащие ДНК, в которых «записана» информация о строении белков, специфичных для данной клетки, - наследственная, или генетическая, информация) и ядрышки (округлые структуры внутри ядра, в которых происходит формирование рибосом).

Рис. 1.5.

Совокупность хромосом, содержащихся в ядре, называют хромосомным набором. Число хромосом в соматических клетках четное - диплоидное (у человека это 44 аутосомы и 2 половые хромосомы, определяющие половую принадлежность), половые клетки, участвующие в оплодотворении, несут половинный набор (у человека 22 аутосомы и 1 половая хромосома) (рис. 1.6).

Рис. 1.6.

Важнейшей функцией ядра является передача генетической информации дочерним клеткам: при делении клетки ядро делится надвое, а находящаяся в нем ДЫК копируется (репликация ДНК) - это позволяет каждой дочерней клетке иметь полную информацию, полученную от исходной (материнской) клетки (см. Размножение клеток).

Цитоплазма (цитозоль) - студенистое вещество, содержащее около 90% воды, в котором расположены все органоиды, содержатся истинные и коллоидные растворы питательных веществ и нерастворимые отходы метаболических процессов, протекают биохимические процессы: гликолиз, синтез жирных кислот, нуклеиновых кислот и других веществ. Органоиды в цитоплазме движутся, цитоплазма сама также совершает периодическое активное движение - циклоз.

Клеточные структуры (органоиды , или органеллы) представляют собой «внутренние органы» клетки (табл. 1.1). Они обеспечивают процессы жизнедеятельности клетки, выработку клеткой определенных веществ (секрета, гормонов, ферментов), от их жизнедеятельности зависит общая активность тканей организма, способность выполнять специфические для данной ткани функции. Структуры клетки, как и сама клетка, проходят свои жизненные циклы: рождаются (создаются путем воспроизводства), активно функционируют, стареют и разрушаются. Большинство клеток организма способно восстанавливаться на субклеточном уровне за счет воспроизводства и обновления входящих в ее структуру органоидов.

Таблица 1.1

Клеточные органоиды, их строение и функции

Органоиды	Строение
Цитоплазма	Заключена в наружную мембрану, включает различные органоиды. Представлена коллоидным раствором солей и органических веществ, пронизана цитоскелетом (системой белковых нитей)	Объединяет все клеточные структуры в единую систему, обеспечивает среду для протекания биохимических реакций, обмен веществами и энергией в клетке
Наружная клеточная мембрана	Два слоя мономолекулярного белка, между которыми расположен бимолекулярный слой липидов, в липидном слое имеются отверстия - поры	Ограничивает клетку, разделяет ее с окружающей средой, обладает избирательной проницаемостью, активно регулирует обмен веществ и энергии с внешней средой, отвечает за соединение клеток в ткани, обеспечивает пиноцитоз и фагоцитоз; регулирует водный баланс клетки и выводит из нее «шлаки» - продукты жизнедеятельности
Эндоплазматическая сеть (ЭС)	Система трубочек, канальцев, цистерн, пузырьков, образованных ультрамикроскопичсскими мембранами, объединенная в единое целое с наружной мембраной	Транспорт веществ внутри клетки и между соседними клетками; разделение клетки на секторы, в которых могут проходить различные процессы.

Окончание табл. 1.1

Органоиды	Строение
	ядерной оболочки и наружной клеточной мембраной. Гранулярная ЭС несет рибосомы, гладкая не имеет рибосом	Гранулярная ЭС участвует в синтезе белка. В каналах ЭС происходит синтез белка, жиров, транспорт АТФ
Рибосомы	Маленькие сферические органоиды, состоящие из РНК и белка	Осуществляют синтез белка
	Микроскопические одномембранные органеллы, состоящие из стопочки плоских цистерн, по краям которых ответвляются трубочки, отделяющие мелкие пузырьки	В пузырьках накапливаются продукты обменных процессов клетки. Упакованные в пузырьки, они поступают в цитоплазму и либо используются, либо выводятся наружу как шлаки
Л изосомы	Одномембраиные органоиды, число которых зависит от жизнедеятельности клетки. В лизосомах содержатся ферменты, образованные в рибосомах	Переваривание питательных веществ. Защитная функция. Автолиз (саморастворение орга- нелл и самой клетки в условиях пищевого или кислородного голодания)

Клетки, образующие ткани растений и животных, значительно различаются по форме, размерам и внутреннему строению. Однако все они обнаруживают сходство в главных чертах процессов жизнедеятельности, обмена веществ, в раздражимости, росте, развитии, способности к изменчивости.

Биологические превращения, происходящие в клетке, неразрывно связаны с теми структурами живой клетки, которые отвечают за выполнение гой или иной функции. Такие структуры получили название органоидов.

Клетки всех типов содержат три основных, неразрывно связанных между собой компонента:

структуры, образующие ее поверхность: наружная мембрана клетки, или клеточная оболочка, или цитоплазматическая мембрана;
цитоплазма с целым комплексом специализированных структур — органоидов (эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии и пластиды, комплекс Гольджи и лизосомы, клеточный центр), присутствующих в клетке постоянно, и временных образований, называемых включениями;
ядро - отделено от цитоплазмы пористой мембраной и содержит ядерный сок, хроматин и ядрышко.

Строение клетки

Поверхностный аппарат клетки (цитоплазматическая мембрана) растений и животных имеет некоторые особенности.

У одноклеточных организмов и лейкоцитов наружная мембрана обеспечивает проникновение в клетку ионов, воды, мелких молекул других веществ. Процесс проникновения в клетку твердых частиц называется фагоцитозом, а попадание капель жидких веществ - пиноцитозом.

Наружная плазматическая мембрана регулирует обмен веществ между клеткой и внешней средой.

В клетках эукариот есть органоиды, покрытые двойной мембраной, - митохондрии и пластиды. Они содержат собственные ДНК и синтезирующий белок аппарат, размножаются делением, то есть имеют определенную автономию в клетке. Кроме АТФ, в митохондриях происходит синтез небольшого количества белка. Пластиды свойственны клеткам растений и размножаются путем деления.

Строение клеточной оболочки

Виды клеток	Строение и функции наружного и внутреннего слоев клеточной оболочки
	наружный слой (хим. состав, функции)	внутренний слой - плазматическая мембрана
	наружный слой (хим. состав, функции)	химический состав	функции
Клетки растений	Состоят из клетчатки. Этотслой служит каркасом клетки и выполняет защитную функцию	Два слоя белка, между ними - слой липидов	Ограничивает внутреннюю среду клетки от внешней и поддерживает эти различия
Клетки животных	Наружный слой (гликокаликс) очень тонкий и эластичный. Состоит из полисахаридов и белков. Выполняет защитную функцию.	Тоже	Специальные ферменты плазматической мембраны регулируют проникновение многих иононов и молекул в клетку и выход их во внешнюю среду

К одномембранным органоидам относятся эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, различные типы вакуолей.

Современные средства исследования позволили биологам установить, что по строению клетки все живые существа следует делить на организмы «безъядерные» - прокариоты и «ядерные» - эукариоты.

У прокариот-бактерий и сине-зеленых водорослей, а также вирусов имеется всего одна хромосома, представленная молекулой ДНК (реже РНК), расположенной непосредственно в цитоплазме клетки.

Строение органоидов цитоплазмы клетки и их функции

Главные рганоиды	Строение	Функции
Цитоплазма	Внутренняя полужидкая среда мелкозернистой структуры. Содержит ядро и органоиды	Обеспечивает взаимодействие ядра и органоидов Регулирует скорость биохимических процессов Выполняет транспортную функцию
ЭПС - эндоплазматическая сеть	Система мембран в цитоплазме» образующая каналы и более крупные полости, ЭПС бывает 2-х типов: гранулированная (шероховатая), на которой расположено множество рибосом, и гладкая	Осуществляет реакции, связанные с синтезом белков, углеводов, жиров Способствует переносу и циркуляции питательных веществ в клетке Белок синтезируется на гранулированной ЭПС, углеводы и жиры — на гладкой ЭПС
Рибосомы	Мелкие тельца диаметром 15-20 мм	Осуществляют синтез белковых молекул, их сборку из аминокислот
Митохондрии	Имеют сферическую, нитевидную, овальную и другие формы. Внутри митохондрий находятся складки (дл. от 0,2 до 0,7 мкм). Внешний покров митохондрий состоит из 2-х мембран: наружная - гладкая, и внутренняя - образует выросты-кресты, на которых расположены дыхательные ферменты	Обеспечивают клетку энергией. Энергия освобождается при распаде аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) Синтез АТФ осуществляется ферментами на мембранах митохондрий
Пластиды - свойственны только клеткам раститений, бывают трех типов:	Двумембранные органеллы клетки
хлоропласты	Имеют зеленый цвет, овальную форму, ограничены от цитоплазмы двумя трехслойными мембранами. Внутри хлоропласта располагаются грани, где сосредоточен весь хлорофилл	Используют световую энергию солнца и создают органические вещества из неорганических
хромопласты	Желтые, оранжевые, красные или бурые, образуются в результате накопления каротина	Придают различным частям растений красную и желтую окраску
лейкопласты	Бесцветные пластиды (содержатся в корнях, клубнях, луковицах)	В них откладываются запасные питательные вещества
Комплекс Гольджи	Может иметь разную форму и состоит из отграниченных мембранами полостей и отходящих от них трубочек с пузырьками на конце	Накапливает и выводит органические вещества, синтезируемые в эндоплазматической сети Образует лизосомы
Лизосомы	Округлые тельца диаметром около 1 мкм. На поверхности имеют мембрану (кожицу), внутри которой находится комплекс ферментов	Выполняют пищеварительную функцию - переваривают пищевые частицы и удаляют отмершие органоиды
Органоиды движения клеток	Жгутики и реснички, представляющие из себя выросты клетки и имеющие однотипное строение у животных и растений Миофибриллы - тонкие нити длиной более 1 см диаметром 1 мкм, расположенные пучками вдоль мышечного волокна Псевдоподии	Выполняют функцию движения За счет их происходит сокращение мышц Передвижение за счет сокращения особого сократительного белка
Клеточные включения	Это непостоянные компоненты клетки — углеводы, жиры и белки	Запасные питательные вещества, используемые в процессе жизнедеятельности клетки
Клеточный центр	Состоит из двух маленьких телец - центриолей и центросферы - уплотненного участка цитоплазмы	Играет важную роль при делении клеток

Эукариоты обладают большим богатством органоидов, имеют ядра, содержащие хромосомы в виде нуклеопротеидов (комплекс ДНК с белком гистоном). К эукариотам относятся большинство современных растений и животных как одноклеточных, так и многоклеточных.

Выделяют два уровня клеточной организации:

прокариотический - их организмы очень просто устроены - это одноклеточные или колониальные формы, составляющие царство дробянок, синезеленых водорослей и вирусов
эукариотический - одноклеточные колониальные и многоклеточные формы, от простейших - корненожки, жгутиковые, инфузории — до высших растений и животных, составляющие царство растений, царство грибов, царство животных

Строение и функции ядра клетки

Главные органоиды	Строение	Функции
Ядро растительной и животной клетки	Округлой или овальной формы
	Ядерная оболочка состоит из 2-х мембран с порами	Отграничивает ядро от цитоплазмы Осуществляется обмен между ядром и цитоплазмой
	Ядерный сок (кариоплазма) - полужидкое вещество	Среда, в которой находятся ядрышки и хромосомы
	Ядрышки сферической или неправильной формы	В них синтезируется РНК, которая входит в состав рибосомы
	Хромосомы - плотные удлиненные или нитевидные образования, видимые только при делении клетки	Содержат ДНК, в которой заключена наследственная информация, передающаяся из поколения в поколение

Все органоиды клетки, несмотря на особенности их строения и функций, находятся во взаимосвязи и «работают» на клетку, как на единую систему, в которой связующим звеном является цитоплазма.

Особые биологические объекты, занимающие промежуточное положение между живой и неживой природой, представляют собой вирусы, открытые в 1892 г. Д. И. Ивановским, они составляют в настоящее время объект особой науки - вирусологии.

Вирусы размножаются только в клетках растений, животных и человека, вызывая различные заболевания. Вирусы имеют очень прослое строение и состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белковой оболочки. Вне клеток хозяина вирусная частица не проявляет никаких жизненных функций: не питается, не дышит, не растет, не размножается.

Клетка - элементарная живая система, основная структурная и функциональная единица организма, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению.

Жизненные свойства клетки человека

К основным жизненным свойствам клетки относят: обмен веществ, биосинтез, размножение, раздражимость, выделение, питание, дыхание, рост и распад органических соединений.

Химический состав клетки

Основные химические элементы клетки: Кислород (О), Сера (S), Фосфор (Р), Углерод (С), Калий (К), Хлор (Сl), Водород (Н), Железо (Fe), Натрий (Na), Азот (N), Кальций (Са), Магний (Mg)

Органические вещества клетки

Название веществ	Из каких эле-ментов (веществ) состоят	Функции веществ
Углеводы	Углерод, водо-род, кислород.	Основные источники энергии для осуществления всех жиз-ненных процессов.
	Углерод, водо-род, кислород.	Входят в состав всех клеточных мембран, служат запасным ис-точником энергии в организме.
	Углерод, водород, ки-слород, азот, сера, фосфор.	1. Главный строительный материал клетки; 2. ускоряют течение химических реакций в организме; 3. запасной источник энергии для организма.
Нуклеиновые кислоты	Углерод, водо-род, кисло-род, азот, фосфор.	ДНК - определяет состав бел-ков клетки и передачу наслед-ственных признаков и свойств следующим поколениям; РНК - образование характерных для данной клетки белков.
АТФ (аденозинтрифосфат)	Рибоза, аденин, фосфорная кислота	Обеспечивает запас энергии, участвует в построении нуклеиновых кислот

Размножение клетки (деление клетки) человека

Размножение клеток в человеческом организме происходит путем непрямого деления. В результате дочерний организм получает такой-же набор хромосом, как материнский. Хромосомы - носители наследственных свойств организма, передающихся от родителей потомству.

Этап размножения (фазы деления)	Характеристика
Подготовительная	Перед делением число хромосом удваивается. Запасается энергия и вещества, необходимые для деления.
	Начало деления. Центриоли клеточного центра расходятся к полюсам клетки. Хромосомы утолщаются и укорачиваются. Ядерная оболочка растворяется. Из клеточного центра образуется веретено деления.
	Удвоенные хромосомы размещаются в плоскости экватора клетки. К каждой, хромосоме, прикрепляются плотные нити, которые тянутся от центриолей.
	Нити сокращаются, и хромосомы расходятся к полюсам клетки.
Четвертая	Конец деления. Делится все содержимое клетки и цитоплазма. Хромосомы удлиняются и становятся неразличимыми. Формируется ядерная оболочка, на теле клетки возникает перетяжка, которая постепенно углубляется, разделяя клетку надвое. Образуются две дочерние клетки.

Строение клетки человека человека

У животной клетки, в отличие от растительной, имеется клеточный центр, яо отсутствуют: плотная клеточная стенка, поры в клеточной стенке, пластиды(хлоропласты, хромопласты, лейкопласты) и вакуоли с клеточным соком.

Клеточные структуры	Особенности строения	Основные функции
Плазматическая мембрана	Билипидныи (жировой) слой, окруженный бел новым 1 слоями	Обмен веществ между клетками и межклеточным веществом
Цитоплазма	Вязкое полужидкое вещество, в котором располагаютсу органоиды клетки	Внутренняя среда клетки. Взаимосвязь всех частей клетки и транспорт питательных веществ
Ядро с ядрышком	Тельце, ограниченное ядерной оболочкой, с хроматином (тип и ДНК). Ядрышко находится внутри ядра, принимает участие в синтезе белков.	Контролирующий центр клетки. Передача информации дочерним клеткам с помощью хромосом при делении
Клеточный центр	Участок более густой цитоплазмы с центриолями (и цилиндричсекие тельца)	Участвует в делении клеток
Эндоплазматическая сеть	Сеть канальцев	Синтез и транспорт питательных веществ
Рибосомы	Плотные тельца, содержащие белок и РНК	В них синтезируется белок
Лизосомы	Округлые тельца, внутри которых находятся ферменты	Расщепляют белки, жиры, углеводы
Митохондрии	Утолщённые тельца с внутренними складками (кристами)	В них находятся,ферменты, при помощи которых пи-тательные вещества расщепляются, а энергия запаса-ется в виде особого вещества - АТФ.
Аппарат Гольджи	С топка плоских мембранных мешочков	Образование лизосом

_______________

Источник информации:

Биология в таблицах и схемах./ Издание 2е, - СПб.: 2004.

Резанова Е.А. Биология человека. В таблицах и схемах./ М.: 2008.

Изучая строение растительной клетки, рисунок с подписями станет полезным визуальным конспектом для усвоения этой темы. Но сначала немного истории.

Историю открытия и изучения клетки связывают с именем английского изобретателя Роберта Гука. В 17 веке, на срезе растительной пробки, рассматриваемой под микроскопом, Р. Гук обнаружил ячейки, которые и были в дальнейшем названы клетками.

Основные сведения о клетке были представлены позже немецким ученым Т. Шванном в клеточной теории, сформулированной в 1838 году. Основные положения этого трактата гласят:

все живое на земле состоит из структурных единиц - клеток;
по строению и функциям все клетки имеют общие черты. Эти элементарные частицы способны к размножению, которое возможно благодаря делению материнской клетки;
в многоклеточных организмах клетки способны объединяться на основании общих функций и структурно-химической организации в ткани.

Клетка растения

Растительная клетка, наряду с общими признаками и схожестью в строении с животной, имеет и свои отличительные особенности, присущие только ей:

наличие клеточной стенки (оболочки);
наличие пластид;
наличие вакуоли.

Строение растительной клетки

На рисунке схематично показана модель растительной клетки, из чего она состоит, как называются основные её части.

Ниже будет подробно рассказано о каждой из них.

Органоиды клетки и их функции — описательная таблица

В таблице собрана важная информация об органоидах клетки. Она поможет школьнику составить план рассказа по рисунку.

Органоид	Описание	Функция	Особенности
Клеточная стенка	Покрывает цитоплазматическую мембрану, состав – в основном целлюлоза.	Поддержание прочности, механическая защита, создание формы клетки, поглощение и обмен различных ионов, транспорт веществ.	Характерна для растительных клеток (отсутствует в животной клетке).
Цитоплазма	Внутренняя среда клетки. Включает полужидкую среду, расположенные в ней органоиды и нерастворимые включения.	Объединение и взаимодействие всех структур (органоидов).	Возможно изменение агрегатного состояния.
Ядро	Самый крупный органоид. Форма шаровидная или яйцевидная. В нем расположены хроматиды (молекулы ДНК). Ядро покрыто двумембранной ядерной оболочкой.	Хранение и передача наследственной информации.	Двумембранный органоид.
Ядрышко	Сферическая форма, d – 1-3 мкм. Являются основными носителями РНК в ядре.	В них синтезируются рРНК и субъединицы рибосом .	Ядро содержит 1-2 ядрышка.
Вакуоль	Резервуар с аминокислотами и минеральными солями.	Регулировка осмотического давления, хранение запасных веществ, аутофагия (самопереваривание внутриклеточного мусора).	Чем старше клетка, тем большее пространство в клетке занимает вакуоль.
Пластиды	3 вида: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.	Обеспечивает автотрофный тип питания, синтез органических веществ из неорганических.	Иногда могут переходить из одного вида пластид в другой.
Ядерная оболочка	Содержит две мембраны. К внешней прикрепляются рибосомы, в некоторых местах происходит соединение с ЭПР. Пронизана порами (обмен между ядром и цитоплазмой).	Разделяет цитоплазму от внутреннего содержимого ядра.	Двумембранный органоид.

Цитоплазматические образования — органеллы клетки

Поговорим подробнее о составляющих растительной клетки.

Ядро

Ядро осуществляет хранение генетической информации и реализацию наследуемой информации. Местом хранения являются молекулы ДНК. При этом в ядре присутствуют репарационные ферменты, которые способны контролировать и ликвидировать самопроизвольное повреждение молекул ДНК.

Кроме этого, сами молекулы ДНК в ядре подвержены редупликации (удвоению). В этом случае клетки, образованные при делении исходной, получают одинаковый и в качественном и количественном соотношении объем генетической информации.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС)

Выделяют два типа: шероховатый и гладкий. Первый тип синтезирует белки на экспорт и клеточные мембраны . Второй тип способен осуществлять детоксикацию вредных продуктов обмена.

Аппарат Гольджи

Открыт исследователем из Италии К. Гольджи в 1898 году. В клетках располагается вблизи ядра. Эти органоиды представляют собой мембранные структуры, укомплектованные вместе. Такую зону скопления называют диктиосомой.

Они принимают участие в накоплении продуктов, которые синтезируются в эндоплазматическом ретикулуме и являются источником клеточных лизосом.

Лизосомы

Не являются самостоятельными структурами. Они представляют собой результат деятельности эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи. Их главное предназначение — участвовать в процессах расщепления внутри клетки.

В лизосомах насчитывается около четырех десятков ферментов, которые разрушают большинство органических соединений. При этом сама мембрана лизосом устойчива к действию таких ферментов.

Митохондрии

Двумембранные органеллы. В каждой клетке их число и размеры могут варьироваться. Они окружены двумя высокоспециализированными мембранами. Между ними расположено межмембранное пространство.

Внутренняя мембрана способна образовывать складки — кристы. Благодаря наличию крист, внутренняя мембрана превосходит в 5 раз площадь внешней мембраны.

Повышенная функциональная активность клетки обусловлена увеличенным числом митохондрий и большим количеством крист в них, тогда как в условиях гиподинамиии количество крист в митохондрии и число митохондрий резко и быстро изменяется.

Обе мембраны митохондрий отличаются по своим физиологическим свойствам. При повышенном или пониженном осмотическом давлении внутренняя мембрана способна сморщиваться или растягиваться. Для наружной мембраны характерно только необратимое растяжение, которое может привести к разрыву. Весь комплекс митохондрий, наполняющих клетку, называют хондрионом.

Пластиды

По своим размерам эти органоиды уступают только ядру. Существует три вида пластид:

отвечающие за зелёную окраску растений — хлоропласты;
ответственные за осенние цвета - оранжевый, красный, жёлтый, охра — хромопласты;
не влияющие на окрашивание, бесцветные лейкопласты.

Стоит отметить: установлено, что в клетках одновременно может быть только какой-то один из видов пластид.

Строение и функции хлоропластов

В них осуществляются процессы фотосинтеза . Присутствует хлорофилл (придает зеленую окраску). Форма – двояковыпуклая линза. Количество в клетке – 40-50. Имеет двойную мембрану. Внутренняя мембрана формирует плоские пузырьки – тилакоиды, которые упакованы в стопки – граны.

Хромопласты

За счет ярких пигментов придают органам растений яркие цвета: разноцветным лепесткам цветов, созревшим плодам, осенним листьям и некоторым корнеплодам (морковь).

Хромопласты не имеют внутренней мембранной системы. Пигменты могут накапливаться в кристаллическом виде, что придает пластидам разнообразные формы (пластина, ромб, треугольник).

Функции данного вида пластид пока до конца не изучены. Но по имеющейся информации, это устаревшие хлоропласты с разрушенным хлорофиллом.

Лейкопласты

Присущи тем частям растений, на которые солнечные лучи не попадают. Например, клубни, семена, луковицы, корни. Внутренняя система мембран развита слабее, чем у хлоропластов.

Ответственны за питание, накапливают питательные вещества, принимают участие в синтезе. При наличии света лейкопласты способны переродиться в хлоропласты.

Рибосомы

Мелкие гранулы, состоящие из РНК и белков. Единственные безмембранные структуры. Могут располагаться одиночно или в составе группы (полисомы).

Рибосому формируют большая и малая субъединица, соединенные ионами магния. Функция – синтез белка.

Микротрубочки

Это длинные цилиндры, в стенках которых расположен белок тубулин. Этот органоид – динамическая структура (может происходить его наращивание и распад). Принимают активное участие в процессе деления клеток.

Вакуоль - строение и функции

На рисунке обозначена голубым цветом. Состоит из мембраны (тонопласта) и внутренней среды (клеточного сока).

Занимает большую часть клетки, центральную её часть.

Запасает воду и питательные вещества, а также продукты распада.

Несмотря на единую структурную организацию в строении основных органоидов, в мире растений наблюдается огромное видовое разнообразие.

Любому школьнику, а тем более взрослому, нужно понимать и знать, какие обязательные части имеет растительная клетка и как выглядит её модель, какую роль они выполняют, и как называются органоиды, отвечающие за окраску частей растений.

Химический состав живых организмов

Химический состав живых организмов можно выразить в двух видах: атомный и молекулярный. Атомный (элементный) состав показывает соотношение атомов элементов, входящих в живые организмы. Молекулярный (вещественный) состав отражает соотношение молекул веществ.

Химические элементы входят в состав клеток в виде ионов и молекул неорганических и органических веществ. Важнейшие неорганические вещества в клетке - вода и минеральные соли, важнейшие органические вещества - углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты.

Вода - преобладающий компонент всех живых организмов. Среднее содержание воды в клетках большинства живых организмов составляет около 70 %.

Минеральные соли в водном растворе клетки диссоциируют на катионы и анионы. Наиболее важные катионы - К+, Са2+, Mg2+, Na+, NHJ, анионы - Cl-, SO2-, HPO2-, H2PO-, НСО-, NO-.

Углеводы - органические соединения, состоящие из одной или многих молекул простых сахаров. Содержание углеводов в животных клетках составляет 1-5 %, а в некоторых клетках растений достигает 70 %.

Липиды - жиры и жироподобные органические соединения, практически нерастворимые в воде. Их содержание в разных клетках сильно варьирует: от 2-3 до 50-90% в клетках семян растений и жировой ткани животных.

Белки - это биологические гетерополимеры, мономерами которых являются аминокислоты. В образовании белков участвует только 20 аминокислот. Они называются фундаментальными, или основными. Некоторые из аминокислот не синтезируются в организмах животных и человека и должны поступать с растительной пищей (они называются незаменимыми).

Нуклеиновые кислоты. Существует два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. Нуклеиновые кислоты - полимеры, мономерами которых служат нуклеотиды.

Строение клетки

Становление клеточной теории

Роберт Гук в 1665 году обнаружил клетки в срезе пробки и впервые применил термин «клетка».
Антони ван Левенгук открыл одноклеточные организмы.
Маттиас Шлейден в 1838 году и Томас Шванн в 1839 году сформулировали основные положения клеточной теории. Однако они ошибочно считали, что клетки возникают из первичного неклеточного вещества.
Рудольф Вирхов в 1858 году доказал, что все клетки образуются из других клеток путём клеточного деления.

Основные положения клеточной теории

Клетка является структурной единицей всего живого. Все живые организмы состоят из клеток (исключение составляют вирусы).
Клетка является функциональной единицей всего живого. Клетка проявляет весь комплекс жизненных функций.
Клетка является единицей развития всего живого. Новые клетки образуются только в результате деления исходной (материнской) клетки.
Клетка является генетической единицей всего живого. В хромосомах клетки содержится информация о развитии всего организма.
Клетки всех организмов сходны по химическому составу, строению и функциям.

Типы клеточной организации

Среди живых организмов только вирусы не имеют клеточного строения. Все остальные организмы представлены клеточными формами жизни. Различают два типа клеточной организации: прокариотический и эукариотический. К прокариотам относятся бактерии, к эукариотам - растения, грибы и животные.

Прокариотические клетки устроены сравнительно просто. Они не имеют ядра, область расположения ДНК в цитоплазме называется нуклеоидом, единственная молекула ДНК кольцевая и не связана с белками, клетки меньше эукариотических, в состав клеточной стенки входит гликопептид — муреин, мембранные органеллы отсутствуют, их функции выполняют впячивания плазматической мембраны, рибосомы мелкие, микротрубочки отсутствуют, поэтому цитоплазма неподвижна, а реснички и жгутики имеют особую структуру.

Эукариотические клетки имеют ядро, в котором находятся хромосомы — линейные молекулы ДНК, связанные с белками, в цитоплазме расположены различные мембранные органеллы.

Растительные клетки отличаются наличием толстой целлюлозной клеточной стенки, пластид, крупной центральной вакуоли, смещающей ядро к периферии. Клеточный центр высших растений не содержит центриоли. Запасным углеводом является крахмал.

Клетки грибов имеют клеточную оболочку, содержащую хитин, в цитоплазме имеется центральная вакуоль, отсутствуют пластиды. Только у некоторых грибов в клеточном центре встречается центриоль. Главным резервным углеводом является гликоген.

Животные клетки имеют, как правило, тонкую клеточную стенку, не содержат пластид и центральной вакуоли, для клеточного центра характерна центриоль. Запасным углеводом является гликоген.

Строение эукариотической клетки

Типичная эукариотическая клетка состоит из трех компонентов: оболочки, цитоплазмы и ядра.

Клеточная оболочка

Снаружи клетка окружена оболочкой, основу которой составляет плазматическая мембрана, или плазмалемма, имеющая типичное строение и толщину 7,5 нм.

Клеточная оболочка выполняет важные и весьма разнообразные функции: определяет и поддерживает форму клетки; защищает клетку от механических воздействий проникновения повреждающих биологических агентов; осуществляет рецепцию многих молекулярных сигналов (например, гормонов); ограничивает внутреннее содержимое клетки; регулирует обмен веществ между клеткой и окружающей средой, обеспечивая постоянство внутриклеточного состава; участвует в формировании межклеточных контактов и различного рода специфических выпячивании цитоплазмы (микроворсинок, ресничек, жгутиков).

Углеродный компонент в мембране животных клеток называется гликокаликсом.

Обмен веществ между клеткой и окружающей ее средой происходит постоянно. Механизмы транспорта веществ в клетку и из нее зависят от размеров транспортируемых частиц. Малые молекулы и ионы транспортируются клеткой непосредственно через мембрану в форме активного и пассивного транспорта.

В зависимости от вида и направления различают эндоцитоз и экзоцитоз.

Поглощение и выделение твердых и крупных частиц получило соответственно названия фагоцитоз и обратный фагоцитоз, жидких или растворенных частичек – пиноцитоз и обратный пиноцитоз.

Цитоплазма

Цитоплазма представляет собой внутреннее содержимое клетки и состоит из гиалоплазмы и находящихся в нем разнообразных внутриклеточных структур.

Гиалоплазма (матрикс) – это водный раствор неорганических и органических веществ, способный изменять свою вязкость и находящиеся в постоянном движении. Способность к движению или, течению цитоплазмы, называют циклозом.

Матрикс – это активная среда, в которой протекают многие физические и химические процессы и которая объединяет все элементы клетки в единую систему.

Цитоплазматические структуры клетки представлены включениями и органоидами. Включения – относительно непостоянные, встречающиеся в клетках некоторых типов в определенные моменты жизнедеятельности, например, в качестве запаса питательных веществ (зерна крахмала, белков, капли гликогена) или продуктов подлежащих выделению из клетки. Органоиды – постоянные и обязательные компоненты большинства клеток, имеющим специфическую структуру и выполняющим жизненно важную функцию.

К мембранным органоидам эукариотической клетки относят эндоплазматическую сеть, аппарат Гольджи, митохондрии, лизосомы, пластиды.

Эндоплазматическая сеть. Вся внутренняя зона цитоплазмы заполнена многочисленными мелкими каналами и полостями, стенки которых представляют собой мембраны, сходные по своей структуре с плазматической мембраной. Эти каналы ветвятся, соединяются друг с другом и образуют сеть, получившую название эндоплазматической сети.

Эндоплазматическая сеть неоднородна по своему строению. Известны два ее типа — гранулярная и гладкая. На мембранах каналов и полостей гранулярной сети располагается множество мелких округлых телец — рибосом, которые придают мембранам шероховатый вид. Мембраны гладкой эндоплазматической сети не несут рибосом на своей поверхности.

Эндоплазматическая сеть выполняет много разнообразных функций. Основная функция гранулярной эндоплазматической сети — участие в синтезе белка, который осуществляется в рибосомах.

На мембранах гладкой эндоплазматической сети происходит синтез липидов и углеводов. Все эти продукты синтеза накапливаются н каналах и полостях, а затем транспортируются к различным органоидам клетки, где потребляются или накапливаются в цитоплазме в качестве клеточных включений. Эндоплазматическая сеть связывает между собой основные органоиды клетки.

Аппарат Гольджи

Во многих клетках животных, например в нервных, он имеет форму сложной сети, расположенной вокруг ядра. В клетках растений и простейших аппарат Гольджи представлен отдельными тельцами серповидной или палочковидной формы. Строение этого органоида сходно в клетках растительных и животных организмов, несмотря на разнообразие его формы.

В состав аппарата Гольджи входят: полости, ограниченные мембранами и расположенные группами (по 5-10); крупные и мелкие пузырьки, расположенные на концах полостей. Все эти элементы составляют единый комплекс.

Аппарат Гольджи выполняет много важных функций. По каналам эндоплазматической сети к нему транспортируются продукты синтетической деятельности клетки — белки, углеводы и жиры. Все эти вещества сначала накапливаются, а затем в виде крупных и мелких пузырьков поступают в цитоплазму и либо используются в самой клетке в процессе ее жизнедеятельности, либо выводятся из нее и используются в организме. Например, в клетках поджелудочной железы млекопитающих синтезируются пищеварительные ферменты, которые накапливаются в полостях органоида. Затем образуются пузырьки, наполненные ферментами. Они выводятся из клеток в проток поджелудочной железы, откуда перетекают в полость кишечника. Еще одна важная функция этого органоида заключается в том, что на его мембранах происходит синтез жиров и углеводов (полисахаридов), которые используются в клетке и которые входят в состав мембран. Благодаря деятельности аппарата Гольджи происходят обновление и рост плазматической мембраны.

Митохондрии

В цитоплазме большинства клеток животных и растений содержатся мелкие тельца (0,2-7 мкм) — митохондрии (греч. «митос» — нить, «хондрион» — зерно, гранула).

Митохондрии хорошо видны в световой микроскоп, с помощью которого можно рассмотреть их форму, расположение, сосчитать количество. Внутреннее строение митохондрий изучено с помощью электронного микроскопа. Оболочка митохондрии состоит из двух мембран — наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, она не образует никаких складок и выростов. Внутренняя мембрана, напротив, образует многочисленные складки, которые направлены в полость митохондрии. Складки внутренней мембраны называют кристами (лат. «криста» — гребень, вырост) Число крист неодинаково в митохондриях разных клеток. Их может быть от нескольких десятков до нескольких сотен, причем особенно много крист в митохондриях активно функционирующих клеток, например мышечных.

Митохондрии называют «силовыми станциями» клеток» так как их основная функция — синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Эта кислота синтезируется в митохондриях клеток всех организмов и представляет собой универсальный источник энергии, необходимый для осуществления процессов жизнедеятельности клетки и целого организма.

Новые митохондрии образуются делением уже существующих в клетке митохондрий.

Лизосомы

Представляют собой небольшие округлые тельца. От Цитоплазмы каждая лизосома отграничена мембраной. Внутри лизосомы находятся ферменты, расщепляющие белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты.

К пищевой частице, поступившей в цитоплазму, подходят лизосомы, сливаются с ней, и образуется одна пищеварительная вакуоль, внутри которой находится пищевая частица, окруженная ферментами лизосом. Вещества, образовавшиеся в результате переваривания пищевой частицы, поступают в цитоплазму и используются клеткой.

Обладая способностью к активному перевариванию пищевых веществ, лизосомы участвуют в удалении отмирающих в процессе жизнедеятельности частей клеток, целых клеток и органов. Образование новых лизосом происходит в клетке постоянно. Ферменты, содержащиеся в лизосомах, как и всякие другие белки синтезируются на рибосомах цитоплазмы. Затем эти ферменты поступают по каналам эндоплазматической сети к аппарату Гольджи, в полостях которого формируются лизосомы. В таком виде лизосомы поступают в цитоплазму.

Пластиды

В цитоплазме клеток всех растений находятся пластиды. В клетках животных пластиды отсутствуют. Различают три основных типа пластид: зеленые — хлоропласты; красные, оранжевые и желтые — хромопласты; бесцветные — лейкопласты.

Обязательными для большинства клеток являются также органоиды, не имеющие мембранного строения. К ним относятся рибосомы, микрофиламенты, микротрубочки, клеточный центр.

Рибосомы. Рибосомы обнаружены в клетках всех организмов. Это микроскопические тельца округлой формы диаметром 15-20 нм. 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.

Микротрубочки и микрофиламенты

Нитевидные структуры, состоящие из различных сократительных белков и обуславливающие двигательные функции клетки. Микротрубочки имеют вид полых цилиндров, стенки которых состоят из белков – тубулинов. Микрофиламенты представляют собой очень тонкие, длинные, нитевидные структуры, состоящие из актина и миозина.

Микротрубочки и микрофиламенты пронизывают всю цитоплазму клетки, формируя её цитоскелет, обуславливают циклоз, внутриклеточные перемещения органелл, расхождение хромосом при делении ядерного материала и т.д.

Клеточный центр (центросома). В клетках животных вблизи ядра находится органоид, который называют клеточным центром. Основную часть клеточного центра составляют два маленьких тельца — центриоли, расположенные в небольшом участке уплотненной цитоплазмы. Каждая центриоль имеет форму цилиндра длиной до 1 мкм. Центриоли играют важную роль при делении клетки; они участвуют в образовании веретена деления.

В процессе эволюций разные клетки приспосабливались к обитанию в различных условиях и выполнению специфических функции. Это требовало наличия в них особых органоидах, которые называют специализированными в отличие от рассмотренных выше органоидов общего назначения. К их числу относят сократительные вакуоли простейших, миофибриллы мышечного волокна, нейрофибриллы и синаптические пузырьки нервных клеток, микроворсинки эпителиальных клеток, реснички и жгутики некоторых простейших.

Ядро

Ядро – наиболее важный компонент эукариотических клеток. Большинство клеток имеют одно ядро, но встречаются и многоядерные клетки (у ряда простейших, в скелетных мышцах позвоночных). Некоторые высоко специализированные клетки утрачивают ядра (эритроциты млекопитающих, например).

Ядро, как правило, имеет шаровидную или овальную форму, реже может быть сегментированным или веретеновидном. В состав ядра входят ядерная оболочка и кариоплазма, содержащая хроматин (хромосомы) и ядрышки.

Ядерная оболочка образована двумя мембранами (наружной и внутренней) и содержит многочисленные поры, через которые между ядром и цитоплазмой происходит обмен различными веществами.

Кариоплазма (нуклеоплазма) представляет собой желеобразный раствор, в котором находятся разнообразные белки, нуклеотиды, ионы, а также хромосомы и ядрышко.

Ядрышко – небольшое округлое тельце, интенсивно окрашивающееся и обнаруживающееся в ядрах неделящихся клеток. Функция ядрышка – синтез рРНК и соединение их с белками, т.е. сборка субчастиц рибосом.

Хроматин – специфически окрашивающиеся некоторыми красителями глыбки, гранулы и нитчатые структуры, образованные молекулами ДНК в комплексе с белками. Различные участки молекул ДНК в составе хроматина обладает разной степенью спирализации, а потому различаются интенсивностью окраски и характером генетической активности. Хроматин представляет собой форму существования генетического материала в не делящихся клетках и обеспечивает возможность удвоение и реализации заключенной в нем информации. В процессе деления клеток происходит спирализация ДНК и хроматиновые структуры образуют хромосомы.

Хромосомы – плотные, интенсивно окрашивающиеся структуры, которые являются единицами морфологической организации генетического материала и обеспечивают его точное распределение при делении клетки.

Число хромосом в клетках каждого биологического вида постоянно. Обычно в ядрах клеток тела (соматических) хромосомы представлены парами, в половых клетках они не парны. Одинарный набор хромосом в половых клетках называют гаплоидным (n), набор хромосом в соматических клетках диплоидным (2n). Хромосомы разных организмов различаются размерами и формой.

Диплоидный набор хромосом клеток конкретного вида живых организмов, характеризующийся числом, величиной и формой хромосом, называют кариотипом. В хромосомном наборе соматических клеток парные хромосомы называют гомологичными, хромосомы из разных пар — негомологичными. Гомологичные хромосомы одинаковы по размерам, форме, составу (одна унаследована от материнского, другая – от отцовского организма). Хромосомы в составе кариотипа делят также на аутосомы, или неполовые хромосомы, одинаковые у особей мужского и женского, и гетерохромосомы, или половые хромосомы, участвующие в определении пола и различающиеся у самцов и самок. Кариотип человека представлен 46 хромосомами (23 пары): 44 аутосомы и 2 половые хромосомы (у женского пола две одинаковые X-хромосомы, у мужского – X- и Y- хромосомы).

Ядро осуществляет хранение и реализацию генетической информации, управление процессом биосинтеза белка, а через белки – всеми другими процессами жизнедеятельности. Ядро участвует в репликации и распределении наследственной информации между дочерними клетками, а следовательно, и в регуляции клеточного деления и процессов развития организма.