что такое структурные элементы клетки

Научная электронная библиотека

§ 3.1.4. Строение клетки

Размеры клетки широко варьируют от 0,1 мкм (некоторые бактерии) до 155 мм (яйцо страуса). У всех клеток, независимо от их формы, размеров, функциональной нагрузки обнаруживается сходное строение (рис. 3.13).

Рис. 3.13. Схема строения живой клетки: 1 – оболочка; 2 – мембрана; 3 – цитоплазма; 4 – ядро; 4а – ядрышко; 5 – рибосомы; 6 – эндоплазматическая сеть (ЭПС); 7 – митохондрии; 8 – комплекс гольджи; 9 – лизосомы; 10 – пластиды; 11 – клеточные включения

Снаружи клетка одета мембраной. Внутренняя часть клетки содержит многочисленные органоиды – структурные образования клетки, выполняющие определенные функции жизнедеятельности клетки.

1. Оболочка. Присутствует только у растительных клеток. Состоит из волокон целлюлозы. Функции оболочки: защита клетки от внешних повреждений, придает стабильную форму клетки, эластичность растительным тканям.

Повреждение наружной оболочки приводит к гибели клетки (цитолиз).

2. Мембрана. Тончайшая структура (75 Ǻ), состоит из двойного слоя молекул липидов и одного слоя белков. Такая структура обеспечивает уникальную эластичность и прочность мембране

участие в обмене веществ. Эта функция связана с избирательной проницаемостью в клетку определенных веществ и выведение из нее продуктов обмена. В процессе питания в клетку могут проникать определенные растворы веществ (пиноцитоз) и твердые частицы (фагоцитоз).

Явление фагоцитоза – поглощение клеткой твердых частиц – впервые было описано русским врачом Мечниковым. Фагоцитарная особенность лежит в основе процесса иммунитета. Особенно развита у лейкоцитов, клеток костного мозга, лимфатических узлов, селезенки, надпочечников и гипофиза.

Пиноцитоз – поглощение клеткой растворов – состоит в том, что мельчайшие пузырьки жидкости втягиваются через образующуюся воронку, проникают через мембрану и усваиваются клеткой.

3. Цитоплазма – внутренняя среда клетки. Представляет собой гелеобразную жидкость (коллоидная система), состоит на 80 % из воды, в которой растворены белки, липиды, углеводы, неорганические вещества. Цитоплазма живой клетки находится в постоянном движении (циклоз).

транспортировка питательных веществ и утилизация продуктов обмена клетки;

буферность цитоплазмы (постоянство физико-химических свойств) обеспечивает гомеостаз клетки, поддерживает постоянные нужные параметры жизнедеятельности;

поддержание тургора (упругость) клетки;

все биохимические реакции происходят только в водных растворах, что обеспечивается в среде цитоплазмы.

4. Ядро – обязательный органоид эукариотических клеток. Впервые было исследовано и описано Р. Броуном в 1831 г. В молодых клетках расположено в центре клетки, в старых – смещается в сторону. Снаружи ядро окружено мембраной с крупными порами, способными пропускать крупные макромолекулы. Внутри ядро заполнено клеточным соком – кариоплазмой, основная часть ядра заполнена хроматином – ядерным веществом, содержащим ДНК и белок. Перед делением хроматин образует палочковидные хромосомы. Причём, хромосомы одинакового строения (но содержащие разные ДНК!) образуют пары, зрительно воспринимаемые как одно целое (рис. 3.14).

Рис. 3.14. Хромосомный набор человеческой клетки перед началом деления

Структурирование всех хромосом в пары свидетельствует о том, что число хромосом – чётное. Поэтому, его часто обозначают 2n, где n – количество хромосомных пар, а соответствующий набор хромосом называют диплоидным. Например, у голубей n = 40 (80 хромосом), у мухи n = 6 (12 хромосом), у собаки n = 39 (78 хромосом), у аскариды n = 1 (2 хромосомы). У человека n = 23 (46 хромосом). Однако, в половых клетках число хромосом в два раза меньше. Поэтому набор хромосом в половых клетках называется гаплоидным. Клетки, не являющиеся половыми называются соматическими. Иногда клетки с гаплоидным набором хромосом называют гаплоидными клетками, а с диплоидным набором хромосом – диплоидными клетками.

При слиянии двух родительских гаплоидных половых клеток образуется диплоидная клетка, дающая начало новому организму с набором генов отца и матери

Совокупность всех хромосом ядра (а значит и генов) клетки называется генотип. Именно генотип определяет все внешние и внутренние признаки конкретного организма.

В соматических клетках 44 Х-образные хромосомы (22 пары) у женщин и мужчин идентичны (сходны по строению), их называют аутосомами. А 23-я пара имеет конфигурацию ХХ – у женщин и ХY – у мужчин. Эти пары хромосом именуются половыми хромосомами.

В половых клетках 22 хромосомы также одинаковые у яйцеклеток и у сперматозоидов, а 23-я хромосома конфигурации Х – у яйцеклетки и Х или Y – у сперматозоидов. Поэтому при слиянии половых клеток и образовании пар хромосом, 23-я пара будет ( <ХY>или <ХХ>) определять пол будущего ребенка.

Необходимо помнить, что хотя в соматических клетках набор хромосом диплоидный (2n), однако, перед началом деления клеток происходит репликация ДНК, то есть, удвоение их количества, а, значит, и удвоение
количества хромосом. Поэтому перед началом деления соматической клетки в ней насчитывается 4n хромосом (рис. 16). Она становится тетраплоидной.

– хранение генетической информации;

– контроль за всеми процессами, происходящими в клетке: делением, дыханием, питанием и др.

4а. Ядрышко – структура, содержащаяся в ядре. Ядро может содержат 1, 2 или более ядрышек. Функция ядрышка – формирование рибосом.

Следует отметить, что не все клетки имеют оформленное ядро. Клетки, имеющие ядро называются эукариотическими или эукариотами. Клетки, не имеющие ядра, называются прокариотическими или прокариотами. Функции ядра у прокариот несёт одна нить ДНК (именуется хромосома), в которой хранится вся генетическая информация. К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Как правило, у прокариотов отсутствуют и некоторые другие органоиды. Размеры прокариотических клеток меньше, чем размеры эукариот.

5. Рибосомы – самые мелкие органоиды клетки. Были обнаружены в 1954 г. Французским ученым Паладом. Рибосомы были обнаружены в цитоплазме, а также на гранулярной ЭПС и в ядре.

Функция рибосом: обеспечение биосинтеза белка.

6. Эндоплазматическая сеть. Представляет собой каналы и полости, ограниченные мембраной. Различают две разновидности ЭПС: гранулярная ЭПС и агранулярная ЭПС. Гранулярная ЭПС морфологически отличается от агранулярной наличием на ее поверхности многочисленных рибосом (на агранулярной ЭПС рибосомы отсутствуют).

Функции эндоплазматической сети:

– участие в синтезе органических веществ: на гранулярной ЭПС синтезируются белки, на агранулярной – липиды и углеводы;

– транспортировка продуктов синтеза ко всем частям клетки.

Несложно уяснить, что гранулярная ЭПС характерна для клеток, синтезирующих белки (например клетки желез внутренней секреции), агранулярная ЭПС характерна для клеток-производителей углеводов и липидов (например клетки жировой ткани).

7. Митохондрии – крупные органоиды, состоящие из двойного слоя мембран: наружная – гладкая, внутренняя образует многочисленные гребнеобразные складки – кристы. Внутри митохондрии заполнены жидкостью (матрикс).

Функции митохондрий: основная функция митохондрий – обеспечение клетки энергией. Этот процесс происходит за счет синтеза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) (рис. 3.15), в которой фрагмент

Рис. 3.15. Структурная формула аденозинфосфорных кислот. Для аденозинтрифосфорной кислоты n = 3, для аденозиндифосфорной кислоты n = 2, для аденозинмонофосфорной кислоты n = 1

При взаимодействии молекулы аденозинтрифосфорной кислоты с водой отщепляется один остаток фосфорной кислоты, в результате чего образуется аденозиндифосфорная кислота – АДФ и выделяется огромное количество энергии:

АТФ + Н2О = АДФ + Н3РО4 + 10 000 калорий.

Впоследствии от АДФ может отщепляться еще один остаток фосфорной кислоты, образуя АМФ – аденозинмонофосфорную кислоту.

АДФ + Н2О = АМФ + Н3РО4 + 10 000 калорий[37].

Освободившаяся энергия используется для жизнедеятельности клетки (КПД процесса превышает 80 %!).

Наряду с распадом АТФ и выделением энергии в клетке постоянно происходит синтез АТФ и накопление энергии (обратные реакции).

Количество митохондрий в клетке зависит от потребности последней в энергии. Так, в клетках кожи человека находится в среднем 5–6 митохондрий, в клетках мышц – до 1000, в клетках печени – до 2500!

8. Комплекс Гольджи. Итальянский ученый Гольджи обнаружил и описал структуру клетки, напоминающую стопки мембран, цистерны, пузырьки и трубочки. Расположена эта система чаще всего возле ядра.

Функции комплекса Гольджи: в полостях комплекса накапливаются всевозможные продукты обмена клетки, которые по каким-либо причинам не вывелись наружу. В последствии эти продукты могут быть использованы клеткой для процессов жизнедеятельности. Из пузырьков и цистерночек комплекса Гольджи в растительных клетках образуются вакуоли, заполненные клеточным соком.

9. Лизосомы – мелкие органоиды. Представляют собой пузырьки, окруженные мембраной. Внутри лизосомы заполнены пищеварительными ферментами (обнаружено 12 ферментов), которые расщепляют и переваривают крупные макромолекулы (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты).

Функции лизосом: растворение и переваривание макромолекул. Лизосомы участвуют в фагоцитозе. Понятно, что основная функция по перевариванию поступающих в клетку частиц принадлежит лизосомам.

10. Пластиды. Эти органоиды характерны только для растительных клеток. Форма напоминает двояковыпуклую линзу. Структура пластид напоминает таковую у митохондрий: двойной слой мембраны. Наружная – гладкая, внутренняя образует складки, называемые тилакоидами. На тилакоидах происходит основной жизненно важный для всех зеленых растений процесс – фотосинтез:

Пластиды бывают трех типов:

1) Хлоропласты – зеленые пластиды. Их цвет обусловлен наличием хлорофилла. Хлорофилл – основное вещество хлоропластов (имеет зеленый цвет). Только благодаря хлорофиллу возможен процесс фотосинтеза (см. раздел 4.2). Хлоропласты придают зеленый цвет растительным организмам.

2) Хромопласты – пластиды, имеющие различные окраски: от ярко-желтого до пурпурно-багряного. Наличие различных пигментов окрашивают плоды, цветки и осенние листья растений в соответствующие цвета. Этот факт особенно важен для привлечения насекомых к цветкам, как природный индикатор созревания плодов и др.

3) Лейкопласты – бесцветные пластиды, в которых происходит накопление запасных питательных веществ (например, крахмала).

Некоторые виды пластид могут переходить друг в друга: например, переход хлоропластов в хромопласты: созревание томатов, яблок, вишни, и т. д.; изменение окраски листьев в осенний период времени. Лейкопласты могут переходить в хлоропласты: позеленение картофеля на свету. Это доказывает общность происхождения пластид.

11. Клеточные включения. Вакуоли. Это непостоянные и необязательные составляющие клетки. Они могут появляться и исчезать в течение всей жизни клетки. К ним относятся капли жира, зерна крахмала и гликогена, кристаллы щавелево-кислого кальция и др. Жидкие продукты обмена называются клеточным соком и накапливаются они в вакуолях. В клеточном соке растворены сахара, минеральные соли, пигменты и т. д. Чем старше клетка, тем больше клеточного сока накапливает клетка. Молодые клетки практически не содержат вакуолей.

Помимо перечисленного некоторые специализированные клетки обладают специальными органоидами. К ним относятся:

– реснички и жгутики, представляющие собой выросты мембраны клетки, осуществляющие движения клетки. Они имеются у одноклеточных организмов и многоклеточных (кишечный эпителий, сперматозоиды, эпителий дыхательных путей);

– миофибриллы – тонкие нити мышечных клеток, участвующие в сокращении мышц;

– нейрофибриллы – органоиды, характерные для нервных клеток и участвующие в проведении нервных импульсов. Кроме того, в состав клеток входят центриоли – две (иногда более) цилиндрические структуры диаметром около 0,1 мкм и длиной 0,3 мкм. Место расположения центриолей в период между делениями клетки считается серединой клеточного центра. При делении клетки центриоли расходятся в противоположные стороны – к полюсам, определяя ориентацию веретена деления (рис. 16).

Следует иметь в виду, что, хотя животные и растительные клетки имеют много общего, но между ними существуют и серьёзные различия (табл. 3.1).

Более общая классификация клеток представлена на рис. 3.16.

Одно из основных отличий бактерий от архей, состоит в химическом составе мембраны. Бактерии отделены от внешней среды двойным слоем липидов (жиров и жироподобных веществ). Мембраны архей состоят из терпеновых спиртов.

Источник

Что такое структурные элементы клетки

Раздел ЕГЭ: 2.4. Строение клетки. Взаимосвязь строения и функций частей и органоидов клетки — основа ее целостности.

Строение и функции клетки

Клетка представляет собой элементарную систему биополимеров, ограниченных мембраной, образующих основные структурные компоненты — оболочку, цитоплазму и ядро, обеспечивающих метаболические процессы и осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы. Это элементарная структурно-функциональная и генетическая единица живого.

Ранее изученная информация о строении и функции клеток в 6-9 классах:

Структура и функции мембран клетки

Биологическая мембрана образована билипидным слоем жидких фосфолипидов. Молекулы липидов гидрофильными концами обращены наружу, а гидрофобными — друг к другу. Белковые молекулы могут находиться на поверхностях липидов (периферические белки), пронизывать один слой (полуинтегральные) и оба слоя (интегральные) липидов. Липиды и белки удерживаются гидрофильно-гидрофобными взаимодействиями. На поверхности мембран располагается гликокаликс — разветвленные гликопротеиновые структуры, которые обеспечивают рецепторную функцию и взаимосвязь клеток многоклеточного организма. Свойства: пластичность; способность к самозамыканию: избирательная проницаемость. Функции: структурная; регуляторная; защитная; рецепторная; ферментативная; разграничительная.

Плазмалемма — цитоплазматическая мембрана, покрывающая клетку. На наружной поверхности мембраны имеется гликокаликс. У животных клеток она может быть покрыта муцином, слизью, хитином; у растений — целлюлозой, лигнином. Функции: барьерная; регуляторная; рецепторная; структурная.

Эндоцитоз — поступление веществ в клетку. Способы поступления веществ в клетку:

Экзоцитоз — выведение из клетки веществ (гормонов, белков, капель жира), заключенных в мембранные пузырьки.

Цитоплазма

Цитоплазма состоит из воды (85%), белков (10%), органических и минеральных соединений (остальной объем). В цитоплазме различают гиалоплазму, цитоскелет, органеллы и включения.

Гиалоплазма. Представляет собой коллоидный раствор, обеспечивающий вязкость, эластичность, сократимость и движение цитоплазмы, в котором протекают реакции внутриклеточного метаболизма. Является внутренней средой клетки, где протекают реакции внутриклеточного обмена.

Цитоскелет. Образован развитой сетью белковых нитей — филаментов. Представлен микротрубочками, микрофиламентами и промежуточными филаментами.

Микротрубочки — тонкие трубочки диаметром около 24 нм, толщина их стенки около 5 нм, образованы белком тубулином. Образуют веретено деления, входят в состав жгутиков и ресничек, располагаются в цитоплазме клеток. Обеспечивают расхождение дочерних хромосом в анафазах митоза и мейоза, движение жгутиков и ресничек, перемещение органелл и придают форму клетке.

Микрофиламенты — очень тонкие белковые нити диаметром около 6 нм, образованы преимущественно белком актином. Они переплетаются и образуют густую сеть в цитоплазме. Обеспечивают двигательную активность гиалоплазмы, участвуют в эндо- и экзоцитозе.

Промежуточные филаменты — диаметр их около 10 нм, образованы молекулами разных фибриллярных белков (цитокератин и др.). Выполняют опорную функцию.

Органеллы клетки. Это постоянные структурные компоненты цитоплазмы клетки, имеющие определенное строение и выполняющие определенные функции. Большинство органелл имеют мембранное строение, мембраны отсутствуют в структуре рибосом и центриолей.

Органеллы общего назначения имеются в большинстве клеток (эндоплазматическая сеть, митохондрии, комплекс Гольджи и др.); специального назначения содержатся только в специализированных клетках (жгутики, реснички, пульсирующие вакуоли, миофибриллы и др.).

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) — это система каналов, образованных биологическими мембранами и пронизывающих гиалоплазму. Каналы ЭПС соединены с перинуклеарным пространством. Имеется гладкая ЭПС и гранулярная — на ее мембранах расположены рибосомы. Участвует в транспорте веществ, синтезированных в клетке и поступивших извне; делении цитоплазмы на отсеки; синтезе жиров и углеводов (агранулярная функция) и белков (гранулярная функция).

Рибосомы — сферические тельца диаметром 15-35 нм, состоящие из большой и малой субъединиц, построены из белка и рРНК. Располагаются на мембранах ЭПС, на наружной ядерной мембране, в цитоплазме. Непосредственно участвуют в сборке молекул белков (трансляция).

Митохондрии содержат две мембраны, наружную — гладкую и внутреннюю, которая образует выросты внутрь матрикса (гомогенного содержимого) — кристы. В матриксе располагаются кольцевые молекулы ДНК и рибосомы, а на кристах — АТФ-сомы (грибовидные тела). Участвует в кислородном этапе энергетического обмена; синтезе АТФ и специфических белков.

Комплекс (аппарат) Гольджи образован комплексом биологических мембран в виде узких каналов, расширяющихся на концах в цистерны, от которых отпочковываются пузырьки, способные превращаться в вакуоли. Участвует в концентрации, обезвоживании, уплотнении и упаковке веществ; образовании первичных лизосом; сборке комплексных органических соединений (липопротеинов, гликолипидов и др.).

Лизосомы — шаровидные тельца, ограниченные биологической мембраной, диаметром 0,2-1 мкм. Внутри содержится около 40 гидролитических ферментов. Расщепляют пищевые вещества и бактерии, поступившие в клетку (гетерофагия); разрушают временные органы эмбрионов, личинок и отмирающие структуры (аутофагия).

Пластиды — органоиды, содержащиеся только в растительных клетках. Имеют размеры 5-10 мкм. Их стенка образована двумя мембранами, между которыми располагается строма, пронизанная параллельно расположенными мембранами — тилакоидами. В отдельных участках тилакоидов находятся замкнутые полости (граны). В строме есть ДНК и рибосомы.

Хлоропласты в гранах содержат хлорофилл. В них происходит фотосинтез и синтез специфических белков.

Хромопласты построены сходно с хлоропластами. Содержат пигменты — каротиноиды, придающие окраску цветкам и плодам.

Лейкопласты имеют сходное с хлоропластами строение. Не содержат пигментов. В них происходит синтез и накопление белков, жиров и углеводов.

Центросома (клеточный центр) — органоид, содержащийся вблизи ядра клетки. Представлен двумя центриолями, окруженными центросферой. Цилиндрические центриоли образованы 27 микротрубочками, сгруппированными по три; центриоли расположены перпендикулярно друг к другу. Образует полюса и веретено деления при митозе и мейозе.

Вакуоли представляют собой участки гиалоплазмы, ограниченные элементарной мембраной. У растений содержат клеточный сок и поддерживают тургорное давление; у протистов выполняют пищеварительную и выделительную функции.

Органеллы движения — это жгутики и реснички. Содержат по 20 микротрубочек, образующих девять пар по периферии и две одиночные в центре, покрыты элементарной мембраной. У основания находятся базальные тельца, образующие микротрубочки. Обеспечивают движение протистов, бактерий, сперматозоидов и ресничных червей. В дыхательных путях служат для удаления попавших инородных частиц.

Включения. Это непостоянные компоненты цитоплазмы клетки, не выполняющие непосредственных функций в клетке, содержание которых изменяется в зависимости от функционального состояния клетки.

Трофические включения — запасы питательных веществ в клетке. В растительных клетках — это преимущественно крахмал и белки; в животных — гликоген и жир.

Секреторные включения представляют собой продукты жизнедеятельности клеток желез внешней и внутренней секреции. К ним относятся ферменты, гормоны, слизь, подлежащие выведению из клетки.

Экскреторные включения являются продуктами обмена веществ (кристаллы щавелевой кислоты, щавелевокислого кальция и др.).

Строение и функции клеточного ядра

Клеточное ядро обязательный компонент всех эукариотических клеток. Содержит кариолемму (ядерную оболочку), кариоплазму (ядерный сок), хроматин и ядрышки.

Кариоплазма состоит из воды, минеральных солей, белков (ферментов), нуклеотидов, АТФ и различных видов РНК. Обеспечивает взаимосвязи между ядерными структурами.

Хроматин образован дезоксинуклеопротеином (ДНП), содержащим молекулы ДНК, белки-гистоны и иРНК. Это деспирализованные хромосомы, образующие гранулы и глыбки. В профазах митоза и мейоза хроматин, спирализуясь, образует хромосомы.

Метафазные хромосомы состоят из двух продольных нитей ДНП — хроматид, соединенных друг с другом в области центромеры (первичной перетяжки). Центромера делит тело хромосомы на два плеча. Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку, отделяющую от плеча спутник. На конце плеча имеются теломеры, препятствующие соединению разных хромосом.

Типы хромосом:

Ядрышки — шарообразные, не окруженные мембраной образования, состоящие из белков, рРНК и небольшого количества ДНК. Непостоянны. Образуются в области вторичных перетяжек хромосом (ядрышковых организаторов). В них формируются субъединицы рибосом.

Таблица «Строение и функции клетки».

Это конспект по теме «Строение и функции клетки». Выберите дальнейшие действия:

Источник