Главная Лечение и профилактика Органоиды клетки и их функции. Строение клетки животного организма. Основные функции органелл клетки Структурные компоненты животной клетки

Органоиды клетки и их функции. Строение клетки животного организма. Основные функции органелл клетки Структурные компоненты животной клетки

Клетка - это основная форма организации живого вещества, лежащая в основе строения и развития животных И растений. Признаки, характерные для всех клеток, - это метаболизм, раздражимость, рост и размножение.

Продолжительность жизни некоторых клеток незначительна (клетки крови и многослойного эпителия), в то время как другие живут гораздо дольше (клетки соединительной ткани) или сохраняются в течение всей жизни (нервные). По мере отмирания клеток происходит процесс их восполнения за счет размножения и специализаций малодифференцированных клеток.

Строение клетки . Клетка представляет собой живую систему, состоящую из двух связанных между собой частей - цитоплазмы и ядра (рис. 1).

Ядро - важнейшая составная часть полноценной клетки. Оно содержит геном и продуцирует макромолекулы, контролирующие синтетические процессы цитоплазмы. Клетки без ядра (эритроциты млекопитающих, кровяные пластинки, центральные волокна хрусталика) не способны синтезировать белок и соответственно ограничены в метаболической активности. Форма ядер и их размеры в клетках различного типа весьма разнообразны и специфичны. Для большинства плоских, кубических и округлых клеток характерны шарообразные ядра. Такая же форма ядра у отростчатых нервных клеток, тогда как среди шарообразных клеток крови встречаются клетки с сегментированными ядрами. В ядре различают ядерную оболочку, хроматин, ядрышко и ядерныи сок.

Ядерная оболочка (кариолемма) состоит из двух элементарных липопротеидных мембран, разделенных перинуклеарным пространством в 20 ... 100 нм. Через определенные промежутки мембраны ядерной оболочки формируют поры диаметром 80 ... 90 нм. В области поры наружная и внутренняя мембраны сближаются и непосредственно переходят одна в другую. Количество пор зависит от функциональной активности клетки.

Хроматин ядра получил свое название за способность интенсивно окрашиваться основными красителями, что обусловлено главным образом присутствием в ядре дик. Последняя, будучи характерной составной частью хромосом, определяет основные процессы в клетках. Из хроматина построены хромосомы. Химический анализ хромосом свидетельствует что выделенное из ядер вещество - дезоксирибонуклеопротеид (ДИП) содержит ДИК (40 % общей массы), незначительное количество РИК (до 1 %) и белки. Специфичность структуры молекул ДИК и РИК, характерная для каждого организма.

Ядрышко - тельце сферической формы диаметром 1 ... 5 мкм, сильно преломляющее свет. Размеры его варьируют в зависимости от физиологического состояния клеток. Наиболее крупные ядрышки встречаются в быстро размножающихся эмбриональных клетках и клетках опухолей. В ядрышке РНК связывается с белком. Здесь происходит сборка субъединиц рибосом, которые, по-видимому, и являются гранулярным компонентом ядрышка. Окончательно рибосомы формируются вне ядрышка.

Ядерный сок (кариоплазма) - микроскопически бесструктурное вещество ядра; содержит различные белки (нуклеопротеиды, гликопротеиды, ферменты) и соединения, участвующие в процессах синтеза нуклеиновых кислот, белков и других компонентов, входящих в состав кариоплазмы.

Цитоплазма клетки состоит из микроскопически бесструктурного основного вещества - гиалоплазмы, в которой рассредоточены ее специализированные структуры (органеллы), выполняющие определенные функции.

Гиалоплазма - гетерогенное по химическому составу вещество цитоплазмы клеток; содержит белки, в том числе ферменты, нуклеиновые кислоты, полисахариды, аминокислоты, нуклео??тиды И многие другие соединения, участвующие в метаболизме клеток. Гиалоплазма - среда, объединяющая различные структуры клетки и обеспечивающая их взаимодействие. В гиалоплазме сосредоточены АТФ, продукты обмена, включения в виде глыбок гликогена, капель жира, пигментов и др.

Органеллы - структуры цитоплазмы, выполняющие в клетке специфические функции. К ним относят плазмолемму, рибосомы, эндоплазматическую сеть, митохондрии, комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы, центросому. Кроме названных органелл в цитоплазме клеток находится значительное количество различных по морфологии и функциональному значению структур (фибрилл, филаментов, микротрубочек), отражающих специфичность дифференцировки, характерной для определенных тканей.

Плазмолемма - оболочка клетки, выполняющая ограничительную, транспортную и рецепторную функции.

Рибосомы представляют. собой гранулы диаметром 15 ... 35 нм. Располагаются в цитоплазме свободно или фиксированы на мембране эндоплазматической сети (гранулярная). Свободные рибосомы характерны для цитоплазмы недифференцированных камбиальных клеток. При световой микроскопии цитоплазма клеток, богатая рибосомами, базофильна. Рибосомы входят и в состав ядра где они обеспечивают синтез ядерных белков.

Митохондрии присутствуют почти во всех эукариотических клетках (рис. 1.6). Главная функция органелл - обеспечение клеток химической энергией, необходимой для биосинтетической и моторной активности. Продукты расщепления углеводов, поступающие в митохондрию в виде пируватов, аминокислоты и жирные кислоты окисляются в митохондриях до СО2 И Н2О. Освобождающаяся при этом энергия используется для синтеза АТФ из АД Ф и неорганического фосфата. Реакция формирования АТФ называется фосфорилированием, АТФ обеспечивает энергией почти все жизненные процессы, расщепляясь при этом на фосфат и АДФ. Последний вновь поглощается митохондрией и фосфорилируется. Процессы окисления, фосфорилирования и другие реакции обеспечивают содержащиеся в митохондриях ферменты (более 50). Обычно митохондрии распределены по всей цитоплазме, но иногда могут быть сконцентрированы на тех участках клетки, где потребность в энергии наибольшая.

Комплекс Гольджи (пластинчатый комплекс, или внутриклеточный сетчатый аппарат) на препаратах, обработанных нитратом серебра или четырехокисью осмия, выглядит как сеть переплетающихся темных линий. В одних клетках он локализован вблизи центриолей, в других окружает ядро, а в эпителиоцитах обычно рас пола гается между ядром и апикальной поверхностью клетки (рис. 1.7).

Лизосомы - тельца, ограниченные мембраной и содержащие около 50 различных ферментов, преимущественно гидролитических, активных при кислых значениях рН (фосфатазы, гликозидазы, протеазы, липазы, сульфатазы и др.). Свое название органелла получила за то, что содержащиеся в ней ферменты способны вызвать лизис (растворение) всех компонентов клетки. В нормальных условиях этого обычно не происходит, так как ферменты лизосом изолированы от субстратов и соответственно неактивны.

Функция лизосом заключается во внутриклеточном ферментативном расщеплении как экзогенных веществ, попавших в клетку в результате эндоцитоза, так и эндогенных (удаление органелл и включений в ходе нормального обновления или в ответ на измененную функциональную активность), Иногда проницаемость мембран лизосом повышается и их ферменты выходят в цитоплазму клетки. Тогда происходит растворение (аутолиз) клетки. Это наблюдают в условиях эксперимента, патологии и в некоторых случаях нормального функционирования органа (инволюция молочной железы после прекращения лактации, инволюция матки после родов, резорбция хвоста амфибий при метаморфозе и др.). Содержимое лизосом очень разнородно и зависит от активности данных органелл в процессах внутриклеточного переваривания, а также от особенностей объекта, подлежащего гидролитическому расщеплению.

Все живые организмы имеют во многом схожее клеточное строение. Однако у клеток разных царств живого имеются свои особенности. Так клетки бактерий не имеют ядер, а у клеток растений есть жесткая целлюлозная клеточная стенка и хлоропласты. Строение животных клеток также имеет свои характерные особенности.

Чаще всего клетки животных мельче, чем клетки растений. По форме они очень разнообразны. Форма и строение животной клетки зависит от выполняемых ею функций. У сложно организованных животных тела состоят из множества тканей. Каждую ткань составляют свои клетки, имеющие характерные для них особенности строения. Но несмотря на все разнообразие, можно выделить общее в строении всех животных клеток.

От внешней среды содержимое клетки животного ограничено только клеточной мембраной . Она эластична, поэтому многие клетки имеют неправильную форму, могут незначительно изменять ее. Мембрана имеет сложное строение, в ней выделяют два слоя. Клеточная мембрана отвечает за избирательный транспорт веществ внутрь клетки и из нее.

Внутри животной клетки содержится цитоплазма, ядро, органоиды, рибосомы, различные включения и др. Цитоплазма представляет собой вязкую жидкость, находящуюся в постоянном движении. Движение цитоплазмы способствует протеканию различных химических реакций в клетке, т. е. обмену веществ.

Во взрослой растительной клетке есть большая центральная вакуоль. В животной клетке такой вакуоли нет. Однако в животных клетках постоянно образуются и исчезают маленькие вакуоли . В них могут содержаться питательные вещества для клетки или продукты распада, подлежащие удалению.

Строение животной клетки отличается от растительной еще тем, что в животной клетке достаточно большое ядро располагается обычно в центре (а у растений оно смещено из-за наличия большой центральной вакуоли). Внутри ядра содержится ядерный сок, а также находятся ядрышко и хромосомы . Хромосомы содержат наследственную информацию, которая при делении передается дочерним клеткам. Также они управляют жизнедеятельностью самих клеток.

У ядра есть своя мембрана, отделяющая его содержимое от цитоплазмы. Кроме ядра в цитоплазме клетки есть другие структуры, имеющие собственные мембраны. Эти структуры называют органоидами клетки, или, по-другому, органеллами клетки. В обычной по строению животной клетке, кроме ядра, есть следующие органоиды: митохондрии, эндоплазматическая сеть (ЭПС), аппарат Гольджи, лизосомы.

Митохондрии - это энергетические станции клетки. В них образуется АТФ - органическое вещество, в последствие при расщеплении которого выделяется много энергии, обеспечивающей протекание процессов жизнедеятельности в клетке. Внутри митохондрии есть множество складок - крист.

Эндоплазматическая сеть состоит из множества каналов, по которым транспортируются синтезируемые в клетке белки, а также другие вещества. По каналам ЭПС вещества поступают в аппарат Гольджи , который в животных клетках выражен сильнее, чем в растительных. В аппарате Гольджи, который представляет собой комплекс трубочек, вещества накапливаются. Далее по мере надобности они будут использованы в клетке. Кроме того на мембране аппарата Гольджи происходит синтез жиров и углеводов для построения всех мембран клетки.

В лизосомах содержатся вещества, расщепляющие ненужные клетке и вредные для нее белки, жиры и углеводы.

Кроме органелл, окруженных мембраной, в животных клетках есть немембранные структуры: рибосомы и клеточный центр. Рибосомы есть в клетках всех организмов, а не только у животных. А вот клеточного центра у растений нет.

Рибосомы располагаются группами на эндоплазматической сети. ЭПС, покрытая рибосомами, называется шероховатой. Без рибосом ЭПС называется гладкой. На рибосомах происходит синтез белков.

Клеточный центр состоит из пары цилиндрических телец. Эти тельца на определенном этапе создают своеобразное веретено деления, которое способствует правильному расхождению хромосом при делении клетки.

Клеточные включения представляют собой различные капли и зерна, состоящие из белков жиров и углеводов. Они постоянно присутствуют в цитоплазме клетки и участвуют в обмене веществ.

Клетка – элементарная единица живой системы. Различные структуры живой клетки, которые отвечают за выполнение той или иной функции, получили название органоидов, подобно органам целого организма. Специфические функции в клетке распределены между органоидами, внутриклеточными структурами, имеющими определенную форму, такими, как клеточное ядро, митохондрии и др.

Клеточные структуры:

Цитоплазма . Обязательная часть клетки, заключенная между плазматической мембраной и ядром. Цитозоль – это вязкий водный раствор различных солей и органических веществ, пронизанный системой белковых нитей – цитоскелетам. Большинство химических и физиологических процессов клетки проходят в цитоплазме. Строение: Цитозоль, цитоскелет. Функции: включает различные органоиды, внутренняя среда клетки
Плазматическая мембрана . Каждая клетка животных, растений, ограничена от окружающей среды или других клеток плазматической мембраной. Толщина этой мембраны так мала (около 10 нм.), что ее можно увидеть только в электронный микроскоп.

Липиды в мембране образуют двойной слой, а белки пронизывают всю ее толщину, погружены на разную глубину в липидный слой или располагаются на внешней и внутренней поверхности мембраны. Строение мембран всех других органоидов сходно с плазматической мембраной. Строение: двойной слой липидов, белки, углеводы. Функции: ограничение , сохранение формы клетки, защита от повреждений, регулятор поступления и удаления веществ.

Лизосомы . Лизосомы – это мембранные органоиды. Имеют овальную форму и диаметр 0,5 мкм. В них находится набор ферментов, которые разрушают органические вещества. Мембрана лизосом очень прочная и препятствует проникновению собственных ферментов в цитоплазму клетки, но если лизосома повреждается от каких-либо внешних воздействий, то разрушается вся клетка или часть ее.
Лизосомы встречаются во всех клетках растений, животных и грибов.

Осуществляя переваривание различных органических частиц, лизосомы обеспечивают дополнительным «сырьем» химические и энергетические процессы в клетке. При голодании клетки лизосомы переваривают некоторые органоиды, не убивая клетку. Такое частичное переваривание обеспечивает клетке на какое-то время необходимый минимум питательных веществ. Иногда лизосомы переваривают целые клетки и группы клеток, что играет существенную роль в процессах развития у животных. Примером может служить утрата хвоста при превращении головастика в лягушку. Строение: пузырьки овальной формы, снаружи мембрана, внутри ферменты. Функции: расщепление органических веществ, разрушение отмерших органоидов, уничтожение отработавших клеток.

Комплекс Гольджи . Поступающие в просветы полостей и канальцев эндоплазматической сети продукты биосинтеза концентрируются и транспортируются в аппарате Гольджи. Этот органоид имеет размеры 5–10 мкм.

Строение : окруженные мембранами полости (пузырьки). Функции: накопление, упаковка, выведение органических веществ, образование лизосом

Эндоплазматическая сеть . Эндоплазматическая сеть является системой синтеза и транспорта органических веществ в цитоплазме клетки, представляющая собой ажурную конструкцию из соединенных полостей.
К мембранам эндоплазматической сети прикреплено большое число рибосом – мельчайших органоидов клетки, имеющих вид сферы с диаметром 20 нм. и состоящих из РНК и белка. На рибосомах и происходит синтез белка. Затем вновь синтезированные белки поступают в систему полостей и канальцев, по которым перемещаются внутри клетки. Полости, канальцы, трубочки из мембран, на поверхности мембран рибосомы. Функции: синтез органических веществ с помощью рибосом, транспорт веществ.

Рибосомы . Рибосомы прикреплены к мембранам эндоплазматической сети или свободно находятся в цитоплазме, они располагаются группами, на них синтезируются белки. Состав белка, рибосомальная РНК Функции: обеспечивает биосинтез белка (сборку белковой молекулы из ).
Митохондрии . Митохондрии – это энергетические органоиды. Форма митохондрий различна, они могут быть остальными, палочковидными, нитевидными со средним диаметром 1 мкм. и длиной 7 мкм. Число митохондрий зависит от функциональной активности клетки и может достигать десятки тысяч в летательных мышцах насекомых. Митохондрии снаружи ограничены внешней мембраной, под ней – внутренняя мембрана, образующая многочисленные выросты – кристы.

Внутри митохондрий находятся РНК, ДНК и рибосомы. В ее мембраны встроены специфические ферменты, с помощью которых в митохондрии происходит преобразование энергии пищевых веществ в энергию АТФ, необходимую для жизнедеятельности клетки и организма в целом.

Мембрана, матрикс, выросты – кристы. Функции: синтез молекулы АТФ, синтез собственных белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, образование собственных рибосом.

Пластиды . Только в растительной клетке: лекопласты, хлоропласты, хромопласты. Функции: накопление запасных органических веществ, привлечение насекомых-опылителей, синтез АТФ и углеводов. Хлоропласты по форме напоминают диск или шар диаметром 4–6 мкм. С двойной мембраной – наружней и внутренней. Внутри хлоропласта имеются ДНК рибосомы и особые мембранные структуры – граны, связанные между собой и с внутренней мембраной хлоропласта. В каждом хлоропласте около 50 гран, расположенных в шахматном порядке для лучшего улавливания света. В мембранах гран находится хлорофилл, благодаря ему происходит превращение энергии солнечного света в химическую энергию АТФ. Энергия АТФ используется в хлоропластах для синтеза органических соединений, в первую очередь углеводов.
Хромопласты . Пигменты красного и желтого цвета, находящиеся в хромопластах, придают различным частям растения красную и желтую окраску. моркови, плоды томатов.

Лейкопласты являются местом накопления запасного питательного вещества – крахмала. Особенно много лейкопластов в клетках клубней картофеля. На свету лейкопласты могут превращаться в хлоропласты (в результате чего клетки картофеля зеленеют). Осенью хлоропласты превращаются в хромопласты и зеленые листья и плоды желтеют и краснеют.

Клеточный центр . Состоит из двух цилиндров, центриолей, расположенных перпендикулярно друг другу. Функции: опора для нитей веретена деления

Клеточные включения то появляются в цитоплазме, то исчезают в процессе жизнедеятельности клетки.

Плотные, в виде гранул включения содержат запасные питательные вещества (крахмал, белки, сахара, жиры) или продукты жизнедеятельности клетки, которые пока не могут быть удалены. Способностью синтезировать и накапливать запасные питательные вещества обладают все пластиды растительных клеток. В растительных клетках накопление запасных питательных веществ происходит в вакуолях.

Зерна, гранулы, капли Функции: непостоянные образования, запасающие органические вещества и энергию

Ядро . Ядерная оболочка из двух мембран, ядерный сок, ядрышко. Функции: хранение наследственной информации в клетке и ее воспроизводство, синтез РНК – информационной, транспортной, рибосомальной. В ядерной мембране находятся споры, через них осуществляется активный обмен веществами между ядром и цитоплазмой. В ядре хранится наследственная информация не только о всех признаках и свойствах данной клетки, о процессах, которые должны протекать к ней (например, синтез белка), но и о признаках организма в целом. Информация записана в молекулах ДНК, которые являются основной частью хромосом. В ядре присутствует ядрышко. Ядро, благодаря наличию в нем хромосом, содержащих наследственную информацию, выполняет функции центра, управляющего всей жизнедеятельностью и развитием клетки.

Эта особенность была утеряна в далеком прошлом одноклеточными организмами, которые породили . Большинство клеток, как животных, так и растений, имеют размер от 1 до 100 мкм (микрометров) и поэтому видны только с помощью микроскопа.

Самые ранние ископаемые свидетельства животных датируются Вендским периодом (650-454 миллионов лет назад). Первое закончилось этим периодом, но в течение последующего , взрыв новых форм жизни привел к появлению многих основных групп фауны, известных сегодня. Есть свидетельства, что животные появились до раннего (505-438 миллионов лет назад).

Строение животных клеток

Схема строения клетки животных

Наука, изучающая строение и функции клеток, называется цитология .

Клетка - элементарная структурная и функциональная единица живого.

Клетки, несмотря на свои малые размеры, устроены очень сложно. Внутреннее полужидкое содержимое клетки получило название цитоплазмы .

Цитоплазма является внутренней средой клетки, где проходят различные процессы и расположены компоненты клетки - органеллы (органоиды).

Клеточное ядро

Клеточное ядро - это важнейшая часть клетки.
От цитоплазмы ядро отделено оболочкой, состоящей из двух мембран. В оболочке ядра имеются многочисленные поры для того, чтобы различные вещества могли попадать из цитоплазмы в ядро, и наоборот.
Внутреннее содержимое ядра получило название кариоплазмы или ядерного сока . В ядерном соке расположены хроматин и ядрышко .
Хроматин представляет собой нити ДНК. Если клетка начинает делиться, то нити хроматина плотно накручиваются спиралью на особые белки, как нитки на катушку. Такие плотные образования хорошо видны в микроскоп и называются хромосомами .

Ядро содержит генетическую информацию и управляет жизнедеятельностью клетки.

Ядрышко представляет собой плотное округлое тело внутри ядра. Обычно в ядре клетки бывает от одного до семи ядрышек. Они хорошо видны между делениями клетки, а во время деления - разрушаются.

Функция ядрышек - синтез РНК и белков, из которых формируются особые органоиды - рибосомы .
Рибосомы участвуют в биосинтезе белка. В цитоплазме рибосомы чаще всего расположены на шероховатой эндоплазматической сети . Реже они свободно взвешены в цитоплазме клетки.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) участвует в синтезе белков клетки и транспортировке веществ внутри клетки.

Значительная часть синтезируемых клеткой веществ (белков, жиров, углеводов) не расходуется сразу, а по каналам ЭПС поступает для хранения в особые полости, уложенные своеобразными стопками, “цистернами”, и отграниченные от цитоплазмы мембраной. Эти полости получили название аппарат (комплекс) Гольджи . Чаще всего цистерны аппарата Гольджи расположены вблизи от ядра клетки.
Аппарат Гольджи принимает участие в преобразовании белков клетки и синтезирует лизосомы - пищеварительные органеллы клетки.
Лизосомы представляют собой пищеварительные ферменты, “упаковываются” в мембранные пузырьки, отпочковываются и разносятся по цитоплазме.
В комплексе Гольджи также накапливаются вещества, которые клетка синтезирует для нужд всего организма и которые выводятся из клетки наружу.

Митохондрии - энергетические органоиды клеток. Они преобразуют питательные вещества в энергию (АТФ), участвуют в дыхании клетки.

Митохондрии покрыты двумя мембранами: наружная мембрана гладкая, а внутренняя имеет многочисленные складки и выступы - кристы.

Плазматическая мембрана

Чтобы клетка представляла собой единую систему, необходимо, чтобы все ее части (цитоплазма, ядро, органоиды) удерживались вместе. Для этого в процессе эволюции развилась плазматическая мембрана , которая, окружая каждую клетку, отделяет ее от внешней среды. Наружная мембрана защищает внутреннее содержимое клетки - цитоплазму и ядро - от повреждений, поддерживает постоянную форму клетки, обеспечивает связь клеток между собой, избирательно пропускает внутрь клетки необходимые вещества и выводит из клетки продукты обмена.

Строение мембраны одинаково у всех клеток. Основу мембраны составляет двойной слой молекул липидов, в котором расположены многочисленные молекулы белков. Некоторые белки находятся на поверхности липидного слоя, другие - пронизывают оба слоя липидов насквозь.

Специальные белки образуют тончайшие каналы, по которым внутрь клетки или из нее могут проходить ионы калия, натрия, кальция и некоторые другие ионы, имеющие маленький диаметр. Однако более крупные частицы (молекулы пищевых веществ - белки, углеводы, липиды) через мембранные каналы пройти не могут и попадают в клетку при помощи фагоцитоза или пиноцитоза:

В том месте, где пищевая частица прикасается к наружной мембране клетки, образуется впячивание, и частица попадает внутрь клетки, окруженная мембраной. Этот процесс называется фагоцитозом (клетки растений поверх наружной клеточной мембраны покрыты плотным слоем клетчатки (клеточной оболочкой) и не могут захватывать вещества при помощи фагоцитоза).
Пиноцитоз отличается от фагоцитоза лишь тем, что в этом случае впячивание наружной мембраны захватывает не твердые частицы, а капельки жидкости с растворенными в ней веществами. Это один из основных механизмов проникновения веществ в клетку.