Строение животной и растительной клеток

Клетки живых организмов состоят из поверхностного аппарата, цитоплазмы и ядра. Только клетки бактерий и цианобактерий не имеют ядра. Внутреннее содержимое клетки окружает поверхностный аппарат, в состав которого входят плазматическая мембрана, надмембранные и подмембранные структуры. Надмембранной структурой животной клетки является гликокаликс, а растительной – оболочка, или кл. стенка (в основном состоит из целлюлозы).

Гликокаликс – образование на поверхности мембраны, формируется молекулами полисахаридов, соединенных с белками и липидами мембраны, окружающей ее на подобие «антенн». Благодаря гликокаликсу между клетками при образовании тканей возникают контакты. На этом свойстве базируется явление тканевой совместимости. Функция антенн связана с распознаванием внешних сигналов.

Клеточная оболочка – продукт деятельности цитоплазмы. Это мертвое образование на поверхности плазматической мембраны. Вона покрывает клетку, защищает ее от внешних воздействий и регулирует поступление и транспорт веществ из одной клетки в другую. Кл. оболочка состоит из целлюлозы, гемицеллюлозы, пектина.

Изменения клеточной оболочки:

- одервенение, сопровождающееся ее пропитыванием лигнином (это придает крепости);

- опробковение – пропитывание суберином, что делает ее непроницаемой для воды и газов;

- кутинизация – пропитывание жироподобным веществом кутином, что предохраняет растения от чрезмерного испарения воды;

- ослизнение, что защищает клетки водных растений от вымывания;

- минерализация – пропитывание кл. оболочки соединениями силициума (хвощи, осоки).

Плазмодесмы – тяжи цитоплазмы, соединяющие между собой растительные клетки.

Функции кл. оболочки: защищает содержимое, выполняет роль наружного скелета.

Поверхностный аппарат отделяет внутреннее содержимое клетки и защищает его от неблагоприятных условий окружающей среды, обеспечивает обмен веществ между клеткой и окружающей средой.

Подмембранные комплексы клетки – микронитки, микротрубочки, пелликула. В цитоплазме всех клеток есть внутренний цитоскелет (каркас), состоящий из микротрубочек, микрофиламентов и микротрабекулярной системы.

Цитоскелет определяет форму клетки, принимает участие в ее движении, делении и внутриклеточном транспортировании веществ и органелл.

Микротрубочки есть во всех эукариотических клетках и представляют собой полые неразделенные цилиндры. Это очень тонкие структуры (диаметр до 30 нм, толщина стенки 5 ни), длиной до нескольких микрометров. Цитоплазматические микротрубочки легко распадаются и собираются снова, образубтся из молекул глобулярного белка тубулина (одну субъединицу образуют две молекулы белка). Микротрубочки вместе с микротрабекулярной системой выполняют опорную функцию в клетке, придавая ей определенную форму; они также образуют веретено деления и обеспечивают расхождение хромосом к полюсам клетки, а также отвечают за передвижение клеточных органелл иди везикул (везикулы направляются в нужное место).

Микрофилламенты – тонкие нитки (диаметр 6 нм), пронизывающие всю цитоплазму клетки, особенно много их в поверхностном слое цитоплазмы, в ложноножках подвижных клеток, где они образуют плотную сеть тонких ниток, которые перекрещиваются в разных направлениях. Состоят из белковых субъединиц.

Цитоплазма – обязательная составляющая клетки, ее внутреннее содержимое полужидкое, расположено между плазматической мембраной и ядром, в ней находятся все органеллы. Имеет относительно постоянное строение, химический состав и физические свойства. Растворимая часть цитоплазмы - цитозоль – заполняет пространство между органоидами. В цитоплазме содержатся вода, соли, сахара, аминокислоты, белки, ферменты, АТФ, ионы. Цитоплазма является матриксом для всех клеточных элементов, обеспечивает взаимодействие всех клеточных структур, в ней происходят разнообразные химические реакции, по цитоплазме вещества перемещаются в клетке, а также из клетки в клетку. В состав цитоплазмы входят матрикс (гиалоплазма), цитоскелет, органеллы и включения. Гиалоплазма – бесцветная коллоидная система клетки, в состав которой входят растворимые белки, РНК, полисахариды, липиды и определенным образом расположенные кл. структуры: мембраны, органеллы, включения. Органеллы – постоянные кл. структуры, каждая из которых выполняет определенные функции, обеспечивает те или иные процессы жизнедеятельности клетки (питание, дыхание, движение, синтез органических соединений и их транспорт, сохранение и передача наследственной информации). Органеллы еукариот делятся на двумембранные (митохондрии, пластиды), одномембранные (эндоплазматическая сетка, аппарат или комплекс Гольджи, лизосомы, вакуоли), немембранные (кл. центр, рибосомы). Включения – временные структуры клетки, к которым относятся запасные вещества или конечные продукты обмена веществ (капли жира, зерна крахмала и гликогена, кристаллы солей).

Ядро – строение ядра одинаково у всех клеток. Оно отделено от цитоплазмы двойной мембраной, или ядерной оболочкой. Внешняя мембрана ядерной оболочки, граничащая с гиалоплазмой, имеет складчатую структуру и в некоторых местах соединяется с с каналами ЭПС, на которой расположены рибосомы. Внутренняя мембрана, контактирующая с нуклеоплазмой, не содержит рибосом. Она растянута на ядерной пластинке, представляющей собой сеть микрофилламентов, образованных белком ламином. Кроме армирующей функции, ядерная пластинка используется яе\к структура для удерживания хромосом в определенном порядке, а также выполняет защитную функцию ядра в целом. Пространство между мембранами ядерной оболочки называется перинуклеарным. Ядреная оболочка пронизана большим количеством пор –сложными гетерогенными белковыми структурами, имеющими октаганальную симметрию, состоящими из связанных между собой белковых глобул. От них к центру сходятся фибриллы, формирующие перегородку(диафрагму), имеющую центральную глобулу. Совокупность пор и этих белков называют комплексом ядерной поры. Благодаря избирательной проницаемости пор ядерная оболочка контролирует обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Внутреннее содержимое ядра составляет желеобразный матрикс – нуклеоплазма (или ядерный сок). Она заполняет пространство между структурами ядра, в ней располагаются одно или несколько ядрышек, большое количество РНК и ДНК, разные белки, а также свободные нуклеотиды, аминокислоты, промежуточные продукты обмена веществ. Нуклеоплазма обеспечивает взаимосвязь всех ядерных структур.

Хроматин – место транскрипции разных видов РНК, представляет собой сплетение тонких фибрилл и гранул; основу хроматина составляют нуклеопротеиды – длинные нитепобобные молекулы ДНК, соединенные со специфическими белками – гистонами. Комплекс, сосаящий из 8 молекул белков-гистонов и обмотанный вокруг участка молекулы ДНК – нуклеосома.

Хромосомы – обеспечивают сохранение наследственной информации. Возникают из хроматина перед делением ядра и построены из молекул ДНК.

Ядрышки – округлые, плотные, не ограниченные мембраной участки кл. ядра. Форма, размеры и количество ядрышек зависит от функционального состояния ядра.

Плазматическая мембрана, или плазмалемма, - основная, универсальная для всех клеток система поверхностного аппарата. Это тонкая (2-10 нм), но довольно плотная пленка, покрывающая всю клетку. Главными химическими веществами, образующими плазматическую мембрану, являются упорядочено расположенные молекулы фосфолипидов и белков, которые как будто «вкраплены» в жидкую липидную массу, напоминая мозаику. Они объединяются нековалентными связями. Плазмалемма состоит из двух рядов липидов, неполярные гидрофобные концы которых находятся в глубине мембрани, а полярные гидрофильные головки ориентированы как ко внутренней, так и к внешней водной среде. Липидный слой не сплошной. В отдельных местах мембрана пронизывается белковыми молекулами, образующими гидрофильные поры, сквозь которые транспортируются водорастворимые вещества. Другие молекулы белка находятся на внешней или внутренней стороне мембраны. На поверхности всех эукариотических клеток есть углеводы, ковалентно связанные с мембранными белками (гликопротеидами) и в меньшей степени – с липидами (гликолипидами). Содержание углеводов в плазматических мембранах варьирует от 2 до 10%. Мембраны разных типов клеток существенно отличаются по химическому составу и по относительному содержанию в них белков, гликопротеидов, липидов и, соответственно, по характеру находящихся в них рецепторов. Поэтому каждый тип клеток характеризуется индивидуальностью, которая в основном определяется гликопротеидами. Разветвленные цепи гликопротеидов, выступающие над кл. мембраной, принимают участие в распознавании факторов внешней среды и в реакциях клетки на их действие.

С молекулами определенных веществ, входящих в состав мембран, могут взаимодействовать вирусы, вследствие чего вирус проникает (если произошло взаимодействие) в клетку.

Мембраны образуют межклеточные контакты. Связи между клетками: простое неспециализированное межклеточное соединение – контакт плазмалемм клетки, при котором взаимодействуют слои гликокаликса обеих клеток; плотный замыкающий контакт характерен для клеток эпителиальной выстилки пищеварительного тракта и эпителия желез. Цитоплазма соседних растительных клеток связана одна с другой тонкими трубчатыми каналами – плазмадесмами. Плазмодесмы проходят через каналы пор первичной кл. стенки. Полость таких каналов выстелена мембранами ЭПС. Укрепление контакта между животными клетками достигается формированием десмосом – образований цитоплазмы двух соседних клеток, каждая из которых формирует толстую плстинку прикрепления. Между пластинками находится межклеточная щель, заполненная плотным веществом, образованным молекулами интегральных гликопротеидов. Со стороны гиалоплазмы в зоне десмосомы располагается плотный слой другого белка, в который вплетаются промежуточные элементы цитоскелета. Десмосомы являются характерными контактами кардиомиоцитов, эпителиальных и эндотелиальных клеток.

Четкая структурная организация и упорядоченность плазмалеммы обусловливает еще одну ее жизненно важную функцию – полупроницаемость, т. е. способность избирательно пропускать в клетку и из клетки разные молекулы и ионы. Благодаря этому в клетке образуется и поддерживается соответствующая концентрация ионов и осуществляются осмотические процессы.

Эндоплзаматический ретикулум – сложная система мембран, которая пронизывает цитоплазму всех эукариотических клеток. Состоит из плоских мембранных мешочков – цистерн. Цистерна может быть покрыта рибосомами и тогда он называется зернистой (шероховатой) ЕП; если рибосомы отсутствуют – то она называется незернистой (гладкой) ЕПС. Другими видами мембран, из которых состоит ЭПС, являются разделенные мембранные трубочки, внутреннее пространство которых содержит большое количество специфических ферментов и везикул – маленьких, окруженных мембраной пузырьков, которые находятся преимущественно рядом с цистернами и трубочками. Вони обеспечивают перенос синтезируемых веществ.

Функции зернистой ЭПС связаны с транспортом белков, которые синтезируются в рибосомах и расположены на ее поверхности. Синтезированные белки поступают внутрь ЭПС, скручиваются и приобретают третичную структуру. Обычный для белка путь – это путь через зернистую ЭПС в аппарат Гольджи, откуда он или выходит наружу клетки, или попадает в другие органеллы этой же клетки, например в лизосомы, или откладывается в виде запасных гранул.

Одной из важных функций незернистой ЭПС является синтез липидов. В эпителии кишечника незернистая ЭПС синтезирует липиды из жирных кислот и глицерина, которые потом всасываются в стенки кишечника и попадают в аппарат Гольджи для экспорта.

Аппарат Гольджи (АГ) – образован комплексом из десятков сплющенных дискообразных цистерн, мешочков, трубочек, везикул. Хорошо развит в секреторных клетках. Отдельную совокупность мешочков и трубочек называют диктиосомой. Они могут быть отделены друг от друга прослойкой цитоплазмы или объединены в комплекс. Внутреннее мембранное пространство заполнено матриксом, содержащим специфические ферменты. АГ имеет две зоны: формирования, куда с помощью везикул поступает синтезированный в ЭПС материал, и созревания, где формируются секрет и секреторные мешочки.

Функции АГ:

- накопления и модификации макромолекул, синтезированных в ЭПС;

- образование и модификация углеводов;

- образование гликопротеидов;

- имеет важное значение для обновления цитоплазматической мембраны за счет образования мембранных везикул, которые затем сливаются с кл. мембраной;

- образование лизосом;

- образование пероксисом.

АГ – главный регулятор движения макромолекул в клетке; собирает их в транспортные везикулы, распределяет по клетке и за ее пределами.

Вакуоли- большие пузырьки или полости в цитоплазме, заполненные в основном водным содержимым. Образуются из пузыреобразных расширений ЭПС или из пузырьков АГ и есть во всех растительных и грибных клетках, а также в клетках многих протистов. Тонопласт – мембрана окружающая вакуоль. Вакуоль заполнена кл. соком (водный раствор органических и неорганических веществ). Тонопласт – мембрана, окружающая вакуоль. Вакуоли заполнены кл. соком (водный раствор разны органических и неорганических веществ, большинство из которых являются продуктами метаболизма протопласта), могут появляться и исчезать в разные периоды жизни клетки. Играют роль в поглощении води растительными организмами.

В цитоплазме простейших есть пищеварительные (выполняет функцию пищеварения, в ее полость выделяются ферменты, переваривает поглощенные частички еды) и сократительные (регулируют осмотическое давление, выводят из организма продукты распада) вакуоли.

Рибосомы – гранулоподобные сферические тельца маленького размера, в период функционирования состоят из двух субъединиц, располагаются в цитоплазме или связаны с мембранами ЭПС. Основная функция – синтез белка. Субъединицы рибосом образуются в ядрышке и затем через ядерные поры отдельно друг от друга поступают в цитоплазму. Их количество в цитоплазме зависит от синтетической активности клетки и может составлять от сотни до тысячи на одну клетку. Наибольшее количество рибосом в клетках, синтезирующих протеины. Есть они и в митохондриальном матриксе и хлоропластах. Каждая субъединица состоит из нескольких видов РНК и десятка видов белков приблизительно одинаковой пропорции. Маленькая и большая субъединицы находятся в цитоплазме отдельно, пока не соединятся для биосинтеза белка.

Клеточный центр (центросома) – органелла, состоящая из центриолей и лучистой сферы вокруг них. Локализуется возле ядра, не имеет мембранной оболочки.

Лизосомы – одномембранные органеллы клетки, овальной формы, содержат набор ферментов, расщепляющих до мономеров белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды, поступающие в клетки путем фагоцитоза и пиноцитоза. Мембрана очень крепкая, предотвращающая проникновение собственных ферментов в цитоплазму клетки. Если лизосома повреждается вследствие внешних влияний, то разрушается вся клетка или ее часть. Существует два основные вида лизосом: первичные – вместилище ферментов, но не принимают участие во внутриклеточном переваривании, и вторичные – связаны с литическими процессами, образуются при слиянии первичных лизосом с пино- и фагоцитозными пузырями, содержащими предназначенный для переваривания материал.

Пероксисомы – мелкие мембранные пузыри, содержащие ферменты каталазу и пероксидазу. Ферменты пероксисом нейтрализуют образующуюся в них перекись водорода, расщепляя ее с выделением воды и кислорода. Принимают участие в метаболизме липидов, холестерина и др.

Митохондрии – преобразуют энергию химических связей органических веществ энергию фосфатных связей молекулы АТФ. Это довольно большие овальные органеллы, покрытые двумя мембранами. Есть практически у всех эукариот за исключением простейших т эритроцитов. Хаотично размещены в цитоплазме, но чаще всего находятся возле ядра или в местах с высокими потребностями энергии. В мышечных клетках располагаются между миофибриллами. Могут изменять структуру и форму, а также двигаться внутри клетки. Внешняя мембрана легко проницаемы для многих органических молекул. Содержит ферменты, превращающие вещества на реакционно способные субстраты. Участвует в образовании межмембранного пространства. Внутренняя мембрана малопроницаема для большинства веществ. Образует изгибы внутрь матрикса – кристы. Содержат белки, принимающие участие в следующих процессах:ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции дыхательной цепи и транспорта электронов; специфические транспортные белки участвуют в образовании избытка Н⁺ в межмембранном пространстве; ферментативный комплекс АТФ-синтазы, синтезирующий АТФ. Матрикс – внутреннее пространство митохондрий, ограниченное мембраной. Содержит сотни разных ферментов, участвующих в разрушении органических веществ даже до СО₂ и Н₂О. В матриксе также есть рибосомы и молекула митохондриальной ДНК. ДНК и рибосомы митохондрий обеспечивают синтез необходимых этой органелле белков, которые не образуются в цитоплазме.

Пластиды – присущи только растениям. У высших растений образуются из пропластид – мелких телец, содержащихся в меристематических клетках растений. Окружены двойной мембраной – будущей оболочкой пластид. Хлоропласты – пластиды, содержащие хлорофилл и каротиноиды и осуществляют фотосинтез. Располагаются в основном в листья. Имеют вид двувыпуклой линзы, а сверху выглядят округлыми. В хлоропластах всегда содержится хлорофилл и другие фотосинтезирующие ферменты, погруженные в строму. Мембранная система – место, где осуществляется реакции световой фазы фотосинтеза. Кроме ферментов, в мембранах есть ферменты, а также переносчики электронов. Вся система состоит из большого количества плоских, заполненных жидкостью мешочков – тилакоидов, собранных в кучки – граны. Граны соединяются друг с другом ламеллами. Каждая грана похожа на кучку сложенных в стопку монет, а ламеллы выглядят или как разделенные канальцы, или как плоские удлиненные складки. В строме хлоропластов есть молекулы ДНК, рибосомы, зерна крахмала, капли жира. Хромопласты – нефотосинтезирующие окрашенные пластиды, содержащие красные, оранжевые и желтые пигменты (каротиноиды). Больше всего их в плодах и цветах. Внутренняя система мембран у них отсутствует или образована отдельными тилакоидами. Лейкопласты – бесцветные пластиды, не имеющие пигментов. Сохраняют питательные вещества, поэтому их много в корнях, семенах и молодых листьях. В амилопластах запасается крахмал, липидопластах – липиды в виде жиров или масел, протеинопластах – белки. В их строме есть только один или несколько изгибов внутренней мембраны. Важная особенность хлоропластов, кроме способности к фотосинтезу, наличие белоксинтезирующей системы. Пластиды одного типа могут превращаться в пластиды другого.

Органеллы движения. Псевдоподии – амебовидные временные выпячивания цитоплазмы некоторых простейших (амебы, радиолярии) или клеток многоклеточных животных (лейкоцитов). Возникают за счет движения цитоплазмы. В основе амебного движения – движение сократительных белков, также они обеспечивают захват твердых питательных частиц (фагоцитоз). Жгутики и реснички – нитеобразные выросты клеточной поверхности. Имеют сходную структуру: 9 пар микротрубочек, расположенных кольцом, и 2 одиночные микротрубочки в центре этого кольца. В основании кольца содержатся базальные тельца: у жгутиков их два, а у ресничек – одно. Движение жгутиков винтообразное, происходит за счет освобождения энергии АТФ. Движение ресничек напоминает работу весел, они помогают некоторым организмам (инфузории) двигаться в жидкой среде или создавать возле поверхности некоторых клеток поток жидкости, которая втягивает за собой разнообразные частички.