Всичко за структурата на клетката. Структурата на човешката клетка, клетъчно делене и външен вид, описание с картинки за деца
Учените позиционират животинската клетка като основната част от тялото на представител на животинското царство - както едноклетъчно, така и многоклетъчно.
Те са еукариотни, с истинско ядро и специализирани структури – органели, които изпълняват диференцирани функции.
Растенията, гъбите и протистите имат еукариотни клетки; бактериите и археите имат по-прости прокариотни клетки.
Структура животинска клеткаразлично от растението. Животинската клетка няма стени или хлоропласти (органели, които действат).
Рисуване на животинска клетка с надписи
Клетката се състои от много специализирани органели, които изпълняват различни функции.
Най-често съдържа мнозинството, понякога всички съществуващи типовеорганели
Основни органели и органели на животинска клетка
Органелите и органелите са „органите“, отговорни за функционирането на микроорганизма.
Ядро
Ядрото е източникът на дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК), генетичният материал. ДНК е източникът на създаването на протеини, които контролират състоянието на тялото. В ядрото нишките на ДНК се увиват плътно около високоспециализирани протеини (хистони), за да образуват хромозоми.
Ядрото избира гени, за да контролира активността и функционирането на тъканната единица. В зависимост от вида на клетката, тя съдържа различен набор от гени. ДНК се намира в нуклеоидната област на ядрото, където се образуват рибозомите. Ядрото е заобиколено от ядрена мембрана (кариолема), двоен липиден бислой, който го отделя от другите компоненти.
Ядрото регулира растежа и деленето на клетките. Когато хромозомите се образуват в ядрото, те се дублират по време на процеса на възпроизвеждане, образувайки две дъщерни единици. Органелите, наречени центрозоми, помагат за организирането на ДНК по време на деленето. Ядрото обикновено е представено в единствено число.
Рибозоми
Рибозомите са мястото на протеиновия синтез. Те се намират във всички тъканни единици, в растенията и животните. В ядрото ДНК последователността, която кодира специфичен протеин, се копира в свободна информационна РНК (тРНК) верига.
Веригата иРНК пътува до рибозомата чрез информационна РНК (тРНК) и нейната последователност се използва за определяне на подреждането на аминокиселините във веригата, която изгражда протеина. В животинската тъкан рибозомите са разположени свободно в цитоплазмата или са прикрепени към мембраните на ендоплазмения ретикулум.
Ендоплазмения ретикулум
Ендоплазменият ретикулум (ER) е мрежа от мембранни торбички (цистерни), простиращи се от външната ядрена мембрана. Той модифицира и транспортира протеини, създадени от рибозоми.
Има два вида ендоплазмен ретикулум:
- гранулиран;
- агрануларна.
Гранулираният ER съдържа прикрепени рибозоми. Агранулният ER е свободен от прикрепени рибозоми и участва в създаването на липиди и стероидни хормони и отстраняването на токсични вещества.
Везикули
Везикулите са малки сфери от липиден двоен слой, които са част от външната мембрана. Те се използват за транспортиране на молекули в клетката от един органел до друг и участват в метаболизма.
Специализираните везикули, наречени лизозоми, съдържат ензими, които разграждат големи молекули (въглехидрати, липиди и протеини) в по-малки, за да улеснят използването им от тъканта.
апарат на Голджи
Апаратът на Голджи (комплекс на Голджи, тяло на Голджи) също се състои от цистерни, които не са свързани помежду си (за разлика от ендоплазмения ретикулум).
Апаратът на Голджи приема протеини, сортира ги и ги пакетира във везикули.
Митохондриите
Процесът на клетъчно дишане се случва в митохондриите. Захарите и мазнините се разграждат и се освобождава енергия под формата на аденозин трифосфат (АТФ). АТФ контролира всички клетъчни процеси, митохондриите произвеждат АТФ клетки. Митохондриите понякога се наричат "генератори".
Клетъчна цитоплазма
Цитоплазмата е течната среда на клетката. Може да работи дори без ядро, но за кратко време.
Цитозол
Цитозолът се нарича клетъчна течност. Цитозолът и всички органели в него, с изключение на ядрото, се наричат общо цитоплазма. Цитозолът се състои предимно от вода и също така съдържа йони (калий, протеини и малки молекули).
Цитоскелет
Цитоскелетът е мрежа от нишки и тръбички, разпределени в цитоплазмата.
Той изпълнява следните функции:
- дава форма;
- осигурява сила;
- стабилизира тъканта;
- осигурява органели на определени места;
- играе важна роляв предаването на сигнал.
Има три вида цитоскелетни нишки: микрофиламенти, микротубули и междинни филаменти. Микрофиламентите са най-малките елементи на цитоскелета, а микротубулите са най-големите.
Клетъчната мембрана
Клетъчната мембрана обгражда изцяло животинската клетка, която няма клетъчна стена, за разлика от растенията. Клетъчната мембрана е двоен слой, състоящ се от фосфолипиди.
Фосфолипидите са молекули, съдържащи фосфати, свързани с глицерол и радикали на мастни киселини. Те спонтанно образуват двойни мембрани във вода поради своите едновременно хидрофилни и хидрофобни свойства.
Клетъчната мембрана е селективно пропусклива - тя е в състояние да позволи на определени молекули да преминат през нея. Кислородът и въглеродният диоксид преминават лесно, докато големите или заредени молекули трябва да преминат през специален канал в мембраната, за да поддържат хомеостазата.
Лизозоми
Лизозомите са органели, които разграждат веществата. Лизозомата съдържа около 40 храносмилателни ензима. Интересно е, че самият клетъчен организъм е защитен от разграждане в случай на пробив на лизозомни ензими в цитоплазмата; митохондриите, които са завършили своите функции, подлежат на разлагане. След разцепването се образуват остатъчни тела, първичните лизозоми се превръщат във вторични.
центриол
Центриолите са плътни тела, разположени близо до ядрото. Броят на центриолите варира, най-често са две. Центриолите са свързани с ендоплазмен мост.
Как изглежда една животинска клетка под микроскоп?
Под стандартен оптичен микроскоп се виждат основните компоненти. Поради факта, че те са свързани в постоянно променящ се организъм, който е в движение, може да бъде трудно да се идентифицират отделните органели.
Следните части не са под съмнение:
- сърцевина;
- цитоплазма;
- клетъчната мембрана.
Микроскоп с по-висока разделителна способност, внимателно подготвен образец и известна практика ще ви помогнат да изучите клетката по-подробно.
Центриолови функции
Точните функции на центриола остават неизвестни. Често срещана хипотеза е, че центриолите участват в процеса на делене, образувайки делителното вретено и определяйки неговата посока, но няма сигурност в научен святотсъстващ.
Структурата на човешката клетка - рисунка с надписи
Единица човешка клетъчна тъкан има сложна структура. Фигурата показва основните структури.
Всеки компонент има свое предназначение, само в конгломерат те осигуряват функционирането на важна част от живия организъм.
Признаци на жива клетка
Живата клетка е подобна по своите характеристики на живото същество като цяло. Той диша, храни се, развива се, дели се и в структурата му протичат различни процеси. Ясно е, че затихването на естествените процеси за тялото означава смърт.
Отличителни черти на растителни и животински клетки в таблицата
Растителните и животинските клетки имат както прилики, така и разлики, които са описани накратко в таблицата:
Знак | Зеленчук | Животно |
Получаване на храна | Автотрофен. Фотосинтезира хранителни вещества |
Хетеротрофен. Не произвежда органична материя. |
Съхранение на енергия | Във вакуола | В цитоплазмата |
Въглехидрати за съхранение | нишесте | гликоген |
Репродуктивна система | Образуване на преграда в майчината единица | Образуване на стеснение в майчината единица |
Клетъчен център и центриоли | В по-ниските растения | Всички видове |
Клетъчна стена | Плътен, запазва формата си | Гъвкав, позволява промяна |
Основните компоненти са сходни както за растителните, така и за животинските частици.
Заключение
Животинската клетка е сложна действащ организъмс отличителни черти, функции и цел на съществуване. Всички органели и органоиди допринасят за жизнения процес на този микроорганизъм.
Някои компоненти са изследвани от учени, докато функциите и характеристиките на други все още не са открити.
клеткае най-малката и основна структурна единица на живите организми, способна на самообновяване, саморегулация и самовъзпроизвеждане.
Характерни размери на клетката:бактериални клетки - от 0,1 до 15 микрона, клетки на други организми - от 1 до 100 микрона, понякога достигащи 1-10 mm; яйца на големи птици - до 10-20 cm, процеси на нервни клетки - до 1 m.
Клетъчна формамного разнообразни: има сферични клетки (коки), верига (стрептококи), удължен (пръчици или бацили), извита (вибриони), нагънат (спирила), многостранен, с моторни камшичета и др.
Видове клетки: прокариотни(безядрени) и еукариотни (с образувано ядро).
Еукариотниклетките от своя страна се разделят на клетки животни, растения и гъби.
Структурна организация на еукариотната клетка
Протопласт- това е цялото живо съдържание на клетката. Протопластът на всички еукариотни клетки се състои от цитоплазма (с всички органели) и ядро.
Цитоплазма- това е вътрешното съдържание на клетката, с изключение на ядрото, състоящо се от хиалоплазма, потопени в нея органели и (в някои видове клетки) вътреклетъчни включвания (резервни хранителни вещества и / или крайни продукти на метаболизма).
Хиалоплазма- основната плазма, матрицата на цитоплазмата, основното вещество, което е вътрешната среда на клетката и е вискозен, безцветен колоиден разтвор(водно съдържание до 85%) различни вещества: протеини (10%), захари, органични и неорганични киселини, аминокиселини, полизахариди, РНК, липиди, минерални соли и др.
■ Хиалоплазмата е среда за вътреклетъчни метаболитни реакции и свързващо звено между клетъчните органели; той е способен на обратими преходи от зол към гел; съставът му определя буферните и осмотичните свойства на клетката. Цитоплазмата съдържа цитоскелет, състоящ се от микротубули и контрактилни протеинови нишки.
■ Цитоскелетът определя формата на клетката и участва във вътрешноклетъчното движение на органелите и отделните вещества. Ядрото е най-големият органел на еукариотна клетка, съдържащ хромозоми, в които се съхранява цялата наследствена информация (вижте по-долу за повече подробности).
Структурни компоненти на еукариотната клетка:
■ плазмалема (плазмена мембрана),
■ клетъчна стена (само в растителни клеткии гъби),
■ биологични (елементарни) мембрани,
■ ядро,
■ ендоплазмен ретикулум (ендоплазмен ретикулум),
■ митохондрии,
■ Комплекс Голджи,
■ хлоропласти (само в растителни клетки),
■ лизозоми, s
■ рибозоми,
■ клетъчен център,
■ вакуоли (само в растителни и гъбични клетки),
■ микротубули,
■ реснички, флагели.
Схеми на структурата на животински и растителни клетки са дадени по-долу:
Биологични (елементарни) мембрани- Това са активни молекулни комплекси, които разделят вътреклетъчните органели и клетки. Всички мембрани имат подобна структура.
Структура и състав на мембраните:дебелина 6-10 nm; се състоят главно от протеинови молекули и фосфолипиди.
■Фосфолипидиобразуват двоен (бимолекулен) слой, в който техните молекули са обърнати към хидрофилните си (водоразтворими) краища навън, а техните хидрофобни (водонеразтворими) краища към вътрешността на мембраната.
■ Протеинови молекулиразположен на двете повърхности на липидния двоен слой ( периферни протеини), проникват и в двата слоя липидни молекули ( интегралнапротеини, повечето от които са ензими) или само един слой от тях (полуинтегрални протеини).
Свойства на мембраната: пластичност, асиметрия(съставът на външния и вътрешния слой на липидите и протеините е различен), полярност (външният слой е положително зареден, вътрешният е отрицателно зареден), способност за самозатваряне, селективна пропускливост (в този случай хидрофобна веществата преминават през липидния двоен слой, а хидрофилните преминават през порите в интегралните протеини).
Функции на мембраната:бариера (отделя съдържанието на органел или клетка от заобикаляща среда), структурна (осигурява определена форма, размер и стабилност на органоид или клетка), транспортна (осигурява транспортирането на вещества във и извън органоид или клетка), каталитична (осигурява близо до мембраната биохимични процеси), регулаторна (участва в регулирането на метаболизма и енергията между органоид или клетка и външна среда), участва в преобразуването на енергия и поддържането на трансмембранния електрически потенциал.
Плазмена мембрана (плазмалема)
Плазмената мембрана, или плазмалема, е биологична мембрана или комплекс от биологични мембрани, плътно прилежащи една към друга, покриващи клетката отвън.
Структурата, свойствата и функциите на плазмалемата са основно същите като тези на елементарните биологични мембрани.
❖ Структурни характеристики:
■ външната повърхност на плазмалемата съдържа гликокаликс - полизахариден слой от молекули на гликолипоиди и гликопротеини, които служат като рецептори за "разпознаване" на определени химически вещества; в животинските клетки може да бъде покрита със слуз или хитин, а в растителните - с целулозни или пектинови вещества;
■ обикновено плазмалемата образува издатини, инвагинации, гънки, микровили и др., увеличавайки повърхността на клетката.
■ Допълнителни функции:рецептор (участва в „разпознаването“ на веществата и във възприемането на сигнали от околната среда и предаването им на клетката), осигуряване на комуникация между клетките в тъканите на многоклетъчен организъм, участие в изграждането на специални клетъчни структури (флагели, реснички и др.).
Клетъчна стена (обвивка)
Клетъчна стенае твърда структура, разположена извън плазмалемата и представляваща външната обвивка на клетката. Присъства в прокариотни клетки и клетки на гъби и растения.
❖Състав на клетъчната стена:целулоза в растителните клетки и хитин в гъбичните клетки (структурни компоненти), протеини, пектини (които участват в образуването на пластини, които държат заедно стените на две съседни клетки), лигнин (който държи целулозните влакна заедно в много здрава рамка) , суберин (отлага се върху черупката отвътре и я прави практически непропусклива за вода и разтвори) и др. Външната повърхност на клетъчната стена на епидермалните растителни клетки съдържа голямо количество калциев карбонат и силициев диоксид (минерализация) и е покрита с хидрофобни вещества, восъци и кутикула (слой от веществото кутин, пропит с целулоза и пектини).
❖ Функции на клетъчната стена:служи като външна рамка, поддържа клетъчния тургор, изпълнява защитни и транспортни функции.
Клетъчни органели
Органели (или органели)- Това са постоянни, високоспециализирани вътреклетъчни структури, които имат специфичен строеж и изпълняват съответните функции.
❖ По предназначение
органелите се делят на:
■ органели с общо предназначение (митохондрии, комплекс на Голджи, ендоплазмен ретикулум, рибозоми, центриоли, лизозоми, пластиди) и
■ органели със специално предназначение (миофибрили, флагели, реснички, вакуоли).
❖ Чрез наличието на мембрана
органелите се делят на:
■ двойна мембрана (митохондрии, пластиди, клетъчно ядро),
■ единична мембрана (ендоплазмен ретикулум, комплекс на Голджи, лизозоми, вакуоли) и
■ немембранни (рибозоми, клетъчен център).
Вътрешното съдържание на мембранните органели винаги се различава от заобикалящата ги хиалоплазма.
Митохондриите- двумембранни органели на еукариотни клетки, които извършват окисление органична материядо крайни продукти с освобождаване на енергия, съхранявана в молекулите на АТФ.
■ Структура:пръчковидни, сферични и нишковидни форми, дебелина 0,5-1 µm, дължина 2-7 µm; двумембранна, външната мембрана е гладка и има висока пропускливост, вътрешната мембрана образува гънки - кристи, върху които има сферични тела - АТФ-соми. В пространството между мембраните се натрупват водородни йони 11, които участват в дишането на кислород.
■ Вътрешно съдържание (матрица):рибозоми, кръгова ДНК, РНК, аминокиселини, протеини, ензими от цикъла на Кребс, ензими за тъканно дишане (разположени върху кристите).
■ Функции:окисление на веществата до CO 2 и H 2 O; синтез на АТФ и специфични протеини; образуването на нови митохондрии в резултат на делене на две.
Пластиди(наличен само в растителни клетки и автотрофни протисти).
■ Видове пластиди: хлоропласти (зелено), левкопласти (безцветен, с кръгла форма), хромопласти (жълто или оранжево); пластидите могат да преминават от един тип в друг.
■Структура на хлоропластите:те са двумембранни, имат кръгла или овална форма, дължина 4-12 микрона, дебелина 1-4 микрона. Външната мембрана е гладка, вътрешната има тилакоиди - гънки, образуващи затворени дисковидни инвагинации, между които има строма (виж отдолу). U висши растениятилакоидите се събират на купчини (като колона от монети) зърна , които са свързани помежду си ламели (единични мембрани).
■ Състав на хлоропластите:в мембраните на тилакоидите и граната - зърна от хлорофил и други пигменти; вътрешно съдържание (строма): протеини, липиди, рибозоми, кръгова ДНК, РНК, ензими, участващи във фиксирането на CO 2, вещества за съхранение.
■Функции на пластидите:фотосинтеза (хлоропласти, съдържащи се в зелените органи на растенията), синтез на специфични протеини и натрупване на резервни хранителни вещества: нишесте, протеини, мазнини (левкопласти), придаващи цвят на растителните тъкани, за да привлекат опрашващи насекоми и разпространители на плодове и семена (хромопласти) ).
Ендоплазмения ретикулум (EPS), или ендоплазменретикулум, открит във всички еукариотни клетки.
■Структура:е система от свързани помежду си тубули, тръби, цистерни и кухини с различни форми и размери, чиито стени са образувани от елементарни (единични) биологични мембрани. Има два вида EPS: гранулиран (или грапав), съдържащ рибозоми на повърхността на канали и кухини, и агранулен (или гладък), несъдържащ рибозоми.
■Функции:разделяне на клетъчната цитоплазма на отделения, които предотвратяват смесването на химичните процеси, протичащи в тях; грубият ER се натрупва, изолира за узряване и транспортира протеини, синтезирани от рибозоми на повърхността си, синтезира клетъчни мембрани; гладък EPSсинтезира и транспортира липиди, сложни въглехидратии стероидни хормони, премахва токсичните вещества от клетката.
Комплекс (или апарат) на Голджи - мембранна органела на еукариотна клетка, разположена в близост до клетъчното ядро, която представлява система от цистерни и везикули и участва в натрупването, съхранението и транспортирането на вещества, изграждането на клетъчната мембрана и образуването на лизозоми.
■Структура:комплексът е диктиозома - купчина свързани с мембрана плоски дисковидни торбички (цистерни), от които пъпчат везикулите, и система от мембранни тубули, свързващи комплекса с каналите и кухините на гладката ER.
■Функции:образуването на лизозоми, вакуоли, плазмалема и клетъчната стена на растителна клетка (след нейното делене), секрецията на редица сложни органични вещества (пектинови вещества, целулоза и др. в растенията; гликопротеини, гликолипиди, колаген, млечни протеини , жлъчка, редица хормони и др. животни); натрупване и дехидратация на липиди, транспортирани по EPS (от гладък EPS), модификация и натрупване на протеини (от гранулиран EPS и свободни рибозоми на цитоплазмата) и въглехидрати, отстраняване на вещества от клетката.
Зрели диктиозомни цистерни, връзващи везикули (вакуоли на Голджи), изпълнен със секрет, който след това или се използва от самата клетка, или се извежда извън нейните граници.
❖ Лизозоми- клетъчни органели, които осигуряват разграждането на сложни молекули на органични вещества; се образуват от везикули, отделени от комплекса на Голджи или гладкия ER и присъстват във всички еукариотни клетки.
■ Структура и състав:лизозомите са малки едномембранни кръгли везикули с диаметър 0,2-2 µm; пълни с хидролитични (храносмилателни) ензими (~40), способни да разграждат протеини (до аминокиселини), липиди (до глицерол и висши карбоксилни киселини), полизахариди (до монозахариди) и нуклеинови киселини (до нуклеотиди).
Сливайки се с ендоцитни везикули, лизозомите образуват храносмилателна вакуола (или вторична лизозома), където се извършва разграждането на сложни органични вещества; получените мономери навлизат в клетъчната цитоплазма през мембраната на вторичната лизозома, а неразградените (нехидролизирани) вещества остават във вторичната лизозома и след това, като правило, се екскретират извън клетката.
■ Функции: хетерофагия- разграждане на чужди вещества, попаднали в клетката чрез ендоцитоза, автофагия - разрушаване на ненужни за клетката структури; автолизата е самоунищожение на клетка, което възниква в резултат на освобождаване на съдържанието на лизозомите по време на клетъчна смърт или дегенерация.
❖ Вакуоли- големи везикули или кухини в цитоплазмата, които се образуват в клетките на растения, гъби и много протистии ограничена от елементарна мембрана – тонопласт.
■ Вакуоли протистисе делят на храносмилателни и съкратителни (имащи снопове от еластични влакна в мембраните и служещи за осмотична регулация на водния баланс на клетката).
■Вакуоли растителни клеткипълни с клетъчен сок - воден разтворразлични органични и неорганични вещества. Те могат също да съдържат токсични и танинови вещества и крайни продукти от клетъчната дейност.
■Вакуолите на растителните клетки могат да се слеят в централна вакуола, която заема до 70-90% от обема на клетката и може да бъде проникната от нишки на цитоплазмата.
Функции:натрупване и изолиране на резервни вещества и вещества, предназначени за екскреция; поддържане на тургорното налягане; осигуряване на растеж на клетките поради разтягане; регулиране на водния баланс на клетките.
♦Рибозоми- клетъчни органели, присъстващи във всички клетки (в количество от няколко десетки хиляди), разположени върху мембраните на гранулирания EPS, в митохондриите, хлоропластите, цитоплазмата и външната ядрена мембрана и извършващи биосинтезата на протеини; Рибозомните субединици се образуват в нуклеолите.
■ Структура и състав:рибозомите са най-малките (15-35 nm) немембранни гранули с кръгла и гъбеста форма; имат два активни центъра (аминоацил и пептидил); се състоят от две неравни субединици - голяма (под формата на полусфера с три издатини и канал), която съдържа три РНК молекули и протеин, и малка (съдържаща една РНК молекула и протеин); субединиците са свързани с помощта на Mg+ йон.
■ Функция:синтез на протеини от аминокиселини.
❖ Клетъчен център- органела на повечето животински клетки, някои гъби, водорасли, мъхове и папрати, разположена (в интерфаза) в центъра на клетката близо до ядрото и служеща като център за започване на сглобяването микротубули .
■ Структура:Клетъчният център се състои от две центриоли и центросфера. Всеки центриол (фиг. 1.12) има вид на цилиндър с дължина 0,3-0,5 µm и диаметър 0,15 µm, чиито стени са образувани от девет тройки микротубули, а средата е изпълнена с хомогенна субстанция. Центриолите са разположени перпендикулярно един на друг и са заобиколени от плътен слой цитоплазма с излъчващи микротубули, образуващи излъчваща центросфера. По време на клетъчното делене центриолите се придвижват към полюсите.
■ Основни функции: образуване на полюси на клетъчно делене и ахроматични нишки на делителното вретено (или митотично вретено), осигуряващи равномерно разпределение на генетичния материал между дъщерните клетки; в интерфазата той насочва движението на органелите в цитоплазмата.
Цитосклст клетки е система микрофиламенти И микротубули , проникващи в цитоплазмата на клетката, свързани с външната цитоплазмена мембрана и ядрената обвивка и поддържащи формата на клетката.
■Микрофланци- тънки, контрактилни нишки с дебелина 5-10 nm и състоящи се от протеини ( актин, миозин и т.н.). Намира се в цитоплазмата на всички клетки и псевдоподите на подвижните клетки.
Функции:микрофиламентите осигуряват двигателната активност на хиалоплазмата, участват пряко в промяната на формата на клетката по време на разпространението и амебоидното движение на протистните клетки и участват в образуването на стеснението по време на деленето на животински клетки; един от основните елементи на клетъчния цитоскелет.
■ Микротубули- тънки кухи цилиндри (25 nm в диаметър), състоящи се от тубулинови протеинови молекули, подредени в спирални или прави редове в цитоплазмата на еукариотните клетки.
Функции:микротубулите образуват вретеновидни нишки, влизат в състава на центриоли, реснички, флагели и участват във вътреклетъчния транспорт; един от основните елементи на клетъчния цитоскелет.
Органели на движението — камшичета и реснички , присъстват в много клетки, но са по-чести в едноклетъчните организми.
■ реснички- многобройни цитоплазмени къси (5-20 µm дълги) издатини върху повърхността на плазмалемата. Предлага се на повърхността различни видовеживотински клетки и някои растения.
■ Камшичета- единични цитоплазмени издатини върху повърхността на клетките на много протисти, зооспори и сперматозоиди; ~10 пъти по-дълъг от ресничките; се използват за движение.
■ Структура:ресничките и камшичетата (фиг. 1.14) се състоят от тях микротубули, подредени по системата 9 × 2 + 2 (девет двойни микротубули - дублети образуват стена, в средата има две единични микротубули). Дублетите могат да се плъзгат един покрай друг, което води до огъване на ресничките или флагела. В основата на камшичетата и ресничките има базални тела, идентични по структура с центриолите.
■ Функции: ресничките и флагелите осигуряват движението на самите клетки или на околната течност и суспендираните в нея частици.
Включвания
Включвания- непостоянни (временно съществуващи) компоненти на клетъчната цитоплазма, чието съдържание варира в зависимост от функционалното състояние на клетката. Има трофични, секреторни и екскреторни включвания.
■ Трофични включвания- това са запаси от хранителни вещества (мазнини, нишестени и протеинови зърна, гликоген).
■ Секреторни включвания- това са отпадъчни продукти на ендокринните и екзокринните жлези (хормони, ензими).
■ Екскреторни включвания- Това са метаболитни продукти в клетката, които трябва да се изхвърлят от клетката.
Ядро и хромозоми
Ядро- най-големият органел; е задължителен компонент на всички еукариотни клетки (с изключение на флоемните ситовидни тръбни клетки на висшите растения и зрелите еритроцити на бозайниците). Повечето клетки имат едно ядро, но има двуядрени и многоядрени клетки. Има две състояния на ядрото: интерфазно и делящо се
Интерфазно ядровключва ядрена обвивка(отделяне на вътрешното съдържание на ядрото от цитоплазмата), ядрен матрикс (кариоплазма), хроматин и нуклеоли. Формата и размерите на ядрото зависят от вида на организма, вида, възрастта и функционалното състояние на клетката. Е различен високо съдържаниеДНК (15-30%) и РНК (12%).
■ Функции на ядрото:съхранение и трансфер наследствена информацияпод формата на непроменена ДНК структура; регулиране (чрез системата протеинов синтез) всички жизнени процеси на клетката.
❖ Ядрена обвивка(или кариолема) се състои от външна и вътрешна биологични мембрани, между които има перинуклеарно пространство. Вътрешната мембрана има протеинова ламина, която придава форма на ядрото. Външната мембрана е свързана с ER и носи рибозоми. Обвивката е пронизана от ядрени пори, през които се осъществява обменът на вещества между ядрото и цитоплазмата. Броят на порите не е постоянен и зависи от размера на ядрото и неговата функционална активност.
■ Функции на ядрената мембрана:той разделя ядрото от цитоплазмата на клетката, регулира транспорта на вещества от ядрото към цитоплазмата (РНК, рибозомни субединици) и от цитоплазмата към ядрото (протеини, мазнини, въглехидрати, АТФ, вода, йони).
❖ Хромозома- най-важният органел на ядрото, съдържащ една ДНК молекула в комплекс със специфични хистонови протеини и някои други вещества, повечето от които са разположени на повърхността на хромозомата.
В зависимост от фазата жизнен цикълхромозомните клетки могат да бъдат в две държави — деспирализирани и спирализирани.
» В деспирализирано състояние хромозомите са в периода интерфаза клетъчен цикъл, образувайки нишки, невидими в оптичен микроскоп, които изграждат основата хроматин .
■ В процеса настъпва спирализация, придружена от скъсяване и уплътняване (100-500 пъти) на ДНК вериги клетъчно делене ; докато хромозомите придобиват компактна форма и стават видими под оптичен микроскоп.
Хроматин- един от компонентите на ядрената материя през интерфазния период, чиято основа е размотани хромозоми под формата на мрежа от дълги тънки нишки на ДНК молекули в комплекс с хистони и други вещества (РНК, ДНК полимераза, липиди, минерали и др.); оцветява добре с оцветители, използвани в хистологичната практика.
■ В хроматина участъци от молекулата на ДНК се увиват около хистони, образувайки нуклеозоми (приличат на мъниста).
Хроматиде структурен елемент на хромозома, която е верига от ДНК молекула в комплекс с хистонови протеини и други вещества, многократно нагъната като суперспирала и пакетирана под формата на пръчковидно тяло.
■ По време на спирализиране и опаковане отделните участъци от ДНК се подреждат по правилен начин, така че върху хроматидите да се образуват редуващи се напречни ивици.
❖ Структура на хромозома (фиг. 1.16). В спирализирано състояние хромозомата е пръчковидна структура с размер около 0,2-20 µm, състояща се от две хроматиди и разделена на две рамена чрез първично стесняване, наречено центромер. Хромозомите могат да имат вторично стесняване, разделящо регион, наречен сателит. Някои хромозоми имат участък ( нуклеоларен организатор ), който кодира структурата на рибозомната РНК (rRNA).
Видове хромозомив зависимост от формата им: равни рамене , неравни рамене (центромерът е изместен от средата на хромозомата), пръчковидна (центромерът е близо до края на хромозомата).
След анафазата на митозата и анафазата на мейозата II, хромозомите се състоят от един хромитид, а след репликация на ДНК (удвояване) на синтетичния (S) етап на интерфазата, те се състоят от два сестрински хромитида, свързани един с друг в центромера. По време на клетъчното делене микротубулите на вретено са прикрепени към центромера.
❖ Функции на хромозомите:
■ съдържат генетичен материал
- ДНК молекули;
■ извършване ДНК синтез
(по време на удвояването на хромозомите в S-периода на клетъчния цикъл) и иРНК;
■ регулират протеиновия синтез;
■ контролира жизнената дейност на клетката.
Хомоложни хромозоми- хромозоми, принадлежащи към една и съща двойка, идентични по форма, размер, местоположение на центромерите, носещи едни и същи гени и определящи развитието на същите характеристики. Хомоложните хромозоми могат да се различават по алелите на гените, които съдържат, и да обменят участъци по време на мейоза (кросингоувър).
Автозомихромозоми в клетките на двудомни организми, идентични при мъжките и женските от един и същи вид (това са всички хромозоми на клетка с изключение на половите хромозоми).
Полови хромозоми(или хетерохромозоми ) са хромозоми, които носят гени, които определят пола на живия организъм.
Диплоиден комплект(означен като 2p) - хромозомен набор соматични клетки, в които има всяка хромозома неговата сдвоена хомоложна хромозома . Тялото получава една от хромозомите на диплоидния набор от бащата, другата от майката.
■ Диплоиден комплект човек се състои от 46 хромозоми (от които 22 двойки хомоложни хромозоми и две полови хромозоми: жените имат две X хромозоми, мъжете имат по една X и Y хромозома).
Хаплоиден комплект (обозначено с 1l) - единичен хромозомен набор сексуален клетки ( гамети ), в които хромозомите нямат сдвоени хомоложни хромозоми . Хаплоидният набор се формира по време на образуването на гамети в резултат на мейоза, когато от всяка двойка хомоложни хромозоми само една попада в гаметата.
Кариотип- това е набор от постоянни количествени и качествени морфологични характеристики, характерни за хромозомите на соматичните клетки на организми от даден вид (техния брой, размер и форма), чрез които диплоидният набор от хромозоми може да бъде недвусмислено идентифициран.
Нуклеол- кръгли, силно уплътнени, неограничени
мембранно тяло с размери 1-2 микрона. Ядрото има едно или повече нуклеоли. Ядрото се образува около нуклеоларните организатори на няколко хромозоми, които се привличат една друга. По време на ядреното делене нуклеолите се разрушават и се образуват отново в края на деленето.
■ Състав: протеин 70-80%, РНК 10-15%, ДНК 2-10%.
■ Функции: синтез на r-RNA и t-RNA; сглобяване на рибозомни субединици.
Кариоплазма (или нуклеоплазма, кариолимфа, ядрен сок ) е безструктурна маса, която запълва пространството между структурите на ядрото, в което са потопени хроматин, нуклеоли и различни вътрешноядрени гранули. Съдържа вода, нуклеотиди, аминокиселини, АТФ, РНК и ензимни протеини.
Функции:осигурява взаимосвързаността на ядрените структури; участва в транспорта на вещества от ядрото към цитоплазмата и от цитоплазмата към ядрото; регулира синтеза на ДНК по време на репликация, синтеза на иРНК по време на транскрипция.
Сравнителна характеристика на еукариотните клетки
Характеристики на структурата на прокариотните и еукариотните клетки
Транспорт на вещества
Транспорт на вещества- това е процесът на транспортиране на необходимите вещества в тялото, до клетките, вътре в клетката и в клетката, както и отстраняване на отпадъчните вещества от клетката и тялото.
Вътреклетъчният транспорт на веществата се осигурява от хиалоплазмата и (в еукариотните клетки) ендоплазмения ретикулум (ER), комплекса на Голджи и микротубулите. Транспортирането на вещества ще бъде описано по-късно на този сайт.
Методи за транспортиране на вещества през биологични мембрани:
■ пасивен транспорт (осмоза, дифузия, пасивна дифузия),
■ активен транспорт,
■ ендоцитоза,
■ екзоцитоза.
Пасивен транспортне изисква разход на енергия и се случва по градиента концентрация, плътност или електрохимичен потенциал.
Осмозае проникването на вода (или друг разтворител) през полупропусклива мембрана от по-малко концентриран разтвор към по-концентриран.
дифузия- проникване вещества през мембраната по градиента концентрация (от зона с по-висока концентрация на вещество към област с по-ниска концентрация).
дифузияводата и йоните се извършват с участието на интегрални мембранни протеини, които имат пори (канали), дифузията на мастноразтворимите вещества се извършва с участието на липидната фаза на мембраната.
Улеснена дифузияпрез мембраната става с помощта на специални мембранни транспортни протеини, вижте снимката.
Активен транспортизисква изразходване на енергия, освободена по време на разграждането на АТФ, и служи за транспортиране на вещества (йони, монозахариди, аминокиселини, нуклеотиди) срещу градиент тяхната концентрация или електрохимичен потенциал. Осъществява се от специални протеини-носители permiases , имащи йонни канали и образуващи йонни помпи .
Ендоцитоза- улавяне и обгръщане на макромолекули (протеини, нуклеинови киселини и др.) и микроскопични твърди хранителни частици ( фагоцитоза ) или капчици течност с разтворени в нея вещества ( пиноцитоза ) и ги затваря в мембранна вакуола, която се изтегля „в клетката. След това вакуолата се слива с лизозома, чиито ензими разграждат молекулите на уловеното вещество до мономери.
Екзоцитоза- процес, обратен на ендоцитоза. Чрез екзоцитоза клетката отстранява вътреклетъчни продукти или несмлени остатъци, затворени във вакуоли или везикули.
Клетката е основната елементарна единица на всички живи същества, следователно притежава всички свойства на живите организми: силно подредена структура, получаваща енергия отвън и използвайки я за извършване на работа и поддържане на реда, метаболизъм, активен отговор на дразнения, растеж, развитие, размножаване, дублиране и предаване на биологична информация на потомци, регенерация (възстановяване на увредени структури), адаптиране към околната среда.
Немският учен Т. Шван в средата на 19 век създава клетъчната теория, чиито основни положения показват, че всички тъкани и органи се състоят от клетки; клетките на растенията и животните са фундаментално сходни една с друга, всички те възникват по един и същи начин; дейността на организмите е сумата от жизнените дейности на отделните клетки. Големият немски учен Р. Вирхов оказа голямо влияние върху по-нататъшното развитие на клетъчната теория и на учението за клетката като цяло. Той не само събра всички многобройни разнородни факти, но също така убедително показа, че клетките са постоянна структура и възникват само чрез възпроизвеждане.
Клетъчната теория в нейната съвременна интерпретация включва следните основни положения: клетката е универсална елементарна единица на живите същества; Клетките на всички организми са фундаментално сходни по своята структура, функция и химичен състав; клетките се възпроизвеждат само чрез делене на оригиналната клетка; многоклетъчните организми са сложни клетъчни сглобки, които образуват интегрални системи.
Благодарение на съвременни методиса идентифицирани проучвания два основни вида клетки: по-сложно организирани, силно диференцирани еукариотни клетки (растения, животни и някои протозои, водорасли, гъби и лишеи) и по-малко сложно организирани прокариотни клетки (синьо-зелени водорасли, актиномицети, бактерии, спирохети, микоплазми, рикетсии, хламидии).
За разлика от прокариотната клетка, еукариотната клетка има ядро, ограничено от двойна ядрена мембрана и голям брой мембранни органели.
ВНИМАНИЕ!
Клетката е основният структурен и функционална единицаживи организми, които извършват растеж, развитие, метаболизъм и енергия, съхраняват, обработват и прилагат генетична информация. От морфологична гледна точка клетката е сложна система от биополимери, отделена от външната среда с плазмена мембрана (плазмолема) и състояща се от ядро и цитоплазма, в които са разположени органели и включвания (гранули).
Какви видове клетки има?
Клетките са разнообразни по своята форма, структура, химичен състав и характер на метаболизма.
Всички клетки са хомоложни, т.е. имат редица общи структурни характеристики, от които зависи изпълнението на основните функции. Клетките се характеризират с единство на структурата, метаболизма (метаболизма) и химичния състав.
В същото време различните клетки имат и специфични структури. Това се дължи на изпълнението на специални функции.
Клетъчна структура
Ултрамикроскопска клетъчна структура:
1 - цитолемма (плазмена мембрана); 2 - пиноцитозни везикули; 3 - центрозома, клетъчен център (цитоцентър); 4 - хиалоплазма; 5 - ендоплазмен ретикулум: а - мембрана на грануларния ретикулум; b - рибозоми; 6 - връзка на перинуклеарното пространство с кухините на ендоплазмения ретикулум; 7 - сърцевина; 8 - ядрени пори; 9 - негранулиран (гладък) ендоплазмен ретикулум; 10 - ядро; 11 - вътрешен ретикуларен апарат (комплекс на Голджи); 12 - секреторни вакуоли; 13 - митохондрии; 14 - липозоми; 15 - три последователни етапа на фагоцитоза; 16 - връзка на клетъчната мембрана (цитолема) с мембраните на ендоплазмения ретикулум.
Химичен състав на клетката
Клетката съдържа повече от 100 химически елементи, четири от тях представляват около 98% от масата, това са органогени: кислород (65–75%), въглерод (15–18%), водород (8–10%) и азот (1,5–3,0%). Останалите елементи се разделят на три групи: макроелементи - съдържанието им в организма надвишава 0,01%); микроелементи (0,00001–0,01%) и ултрамикроелементи (по-малко от 0,00001).
Макроелементите включват сяра, фосфор, хлор, калий, натрий, магнезий, калций.
Микроелементите включват желязо, цинк, мед, йод, флуор, алуминий, мед, манган, кобалт и др.
Ултрамикроелементите включват селен, ванадий, силиций, никел, литий, сребро и др. Въпреки много ниското си съдържание микроелементите и ултрамикроелементите играят много важна роля. Те засягат основно метаболизма. Без тях е невъзможно нормалното функциониране на всяка клетка и на организма като цяло.
Клетката се състои от неорганични и органични вещества. Сред неорганичните най-голямото числовода. Относителното количество вода в клетката е между 70 и 80%. Водата е универсален разтворител, всички биохимични реакции в клетката протичат в нея. С участието на водата се осъществява терморегулация. Веществата, които се разтварят във вода (соли, основи, киселини, протеини, въглехидрати, алкохоли и др.), се наричат хидрофилни. Хидрофобните вещества (мазнини и подобни на тях вещества) не се разтварят във вода. Други неорганични вещества (соли, киселини, основи, положителни и отрицателни йони) представляват 1,0 до 1,5%.
Сред органичните вещества преобладават протеини (10–20%), мазнини или липиди (1–5%), въглехидрати (0,2–2,0%) и нуклеинови киселини (1–2%). Съдържанието на нискомолекулни вещества не надвишава 0,5%.
Белтъчната молекула е полимер, който се състои от голямо количествоповтарящи се единици мономери. Аминокиселинните протеинови мономери (20 от тях) са свързани помежду си чрез пептидни връзки, образувайки полипептидна верига (първичната структура на протеина). Той се извива в спирала, образувайки от своя страна вторичната структура на протеина. Поради специфичната пространствена ориентация на полипептидната верига възниква третичната структура на протеина, която определя специфичността и биологичната активност на протеиновата молекула. Няколко третични структури се комбинират помежду си, за да образуват кватернерна структура.
Протеините изпълняват основни функции. Ензимите - биологични катализатори, които увеличават скоростта на химичните реакции в клетката стотици хиляди милиони пъти, са протеини. Протеините, като част от всички клетъчни структури, изпълняват пластична (строителна) функция. Клетъчните движения също се извършват от протеини. Те осигуряват транспорт на вещества в клетката, извън клетката и вътре в клетката. Важна е защитната функция на протеините (антитела). Протеините са един от източниците на енергия.Въглехидратите се делят на монозахариди и полизахариди. Последните са изградени от монозахариди, които подобно на аминокиселините са мономери. Сред монозахаридите в клетката най-важни са глюкозата, фруктозата (съдържа шест въглеродни атома) и пентозата (пет въглеродни атома). Пентозите са част от нуклеиновите киселини. Монозахаридите са силно разтворими във вода. Полизахаридите са слабо разтворими във вода (гликоген в животинските клетки, нишесте и целулоза в растителните клетки) Въглехидратите са източник на енергия; сложните въглехидрати, комбинирани с протеини (гликопротеини), мазнини (гликолипиди) участват в образуването на клетъчните повърхности и клетката взаимодействия.
Липидите включват мазнини и мастноподобни вещества. Молекулите на мазнините са изградени от глицерол и мастни киселини. Мазноподобните вещества включват холестерол, някои хормони и лецитин. По този начин липидите, които са основните компоненти на клетъчните мембрани, изпълняват строителна функция. Липидите са най-важните източници на енергия. Така че, ако при пълно окисление на 1 g протеин или въглехидрати се отделят 17,6 kJ енергия, тогава при пълно окисление на 1 g мазнини - 38,9 kJ. Липидите осъществяват терморегулацията и защитават органите (мастни капсули).
ДНК и РНК
Нуклеиновите киселини са полимерни молекули, образувани от нуклеотидни мономери. Нуклеотидът се състои от пуринова или пиримидинова основа, захар (пентоза) и остатък от фосфорна киселина. Във всички клетки има два вида нуклеинови киселини: дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК) и рибонуклеинова киселина (РНК), които се различават по състава на основите и захарите.
Пространствена структура на нуклеиновите киселини:
(по B. Alberts и др., с модификация) I - РНК; II - ДНК; панделки - захарен фосфат гръбнак; A, C, G, T, U са азотни бази, решетките между тях са водородни връзки.
ДНК молекула
Молекулата на ДНК се състои от две полинуклеотидни вериги, усукани една около друга под формата на двойна спирала. Азотните основи на двете вериги са свързани помежду си чрез допълващи се водородни връзки. Аденинът се свързва само с тимин, а цитозинът - с гуанин (A - T, G - C). ДНК съдържа генетична информация, която определя специфичността на протеините, синтезирани от клетката, тоест последователността на аминокиселините в полипептидната верига. ДНК предава по наследство всички свойства на клетката. ДНК се намира в ядрото и митохондриите.
РНК молекула
Молекулата на РНК се образува от една полинуклеотидна верига. В клетките има три вида РНК. Информационна или информационна РНК tRNA (от английския пратеник - „посредник“), която прехвърля информация за нуклеотидната последователност на ДНК към рибозомите (виж по-долу). Трансферна РНК (тРНК), която пренася аминокиселини към рибозомите. Рибозомна РНК (рРНК), която участва в образуването на рибозоми. РНК се намира в ядрото, рибозомите, цитоплазмата, митохондриите и хлоропластите.
Състав на нуклеиновите киселини.
Химичен състав на живите организми
Химичният състав на живите организми може да бъде изразен в две форми: атомна и молекулярна. Атомният (елементен) състав показва съотношението на атомите на елементите, включени в живите организми. Молекулярният (веществен) състав отразява съотношението на молекулите на веществата.
Химичните елементи са част от клетките под формата на йони и молекули на неорганични и органични вещества. Най-важните неорганични вещества в клетката са водата и минералните соли, най-важните органични вещества са въглехидратите, липидите, протеините и нуклеиновите киселини.
Водата е преобладаващият компонент на всички живи организми. Средното съдържание на вода в клетките на повечето живи организми е около 70%.
Минералните соли във воден клетъчен разтвор се дисоциират на катиони и аниони. Най-важните катиони са K+, Ca2+, Mg2+, Na+, NHJ, анионите са Cl-, SO2-, HPO2-, H2PO-, HCO-, NO-.
Въглехидрати - органични съединения, състоящи се от една или много молекули прости захари. Съдържанието на въглехидрати в животинските клетки е 1-5%, а в някои растителни достига 70%.
Липиди - мазнини и мастноподобни органични съединения, практически неразтворими във вода. Съдържанието им в различните клетки варира значително: от 2-3 до 50-90% в клетките на растителните семена и мастната тъкан на животните.
катерици са биологични хетерополимери, чиито мономери са аминокиселини. Само 20 аминокиселини участват в образуването на протеини. Те се наричат основни или основни. Някои от аминокиселините не се синтезират в животните и хората и трябва да се набавят от растителни храни (те се наричат есенциални).
Нуклеинова киселина. Има два вида нуклеинови киселини: ДНК и РНК. Нуклеиновите киселини са полимери, чиито мономери са нуклеотиди.
Клетъчна структура
Появата на клетъчната теория
- Робърт Хук открива клетки в секция от корк през 1665 г. и за първи път използва термина „клетка“.
- Антъни ван Льовенхук открива едноклетъчните организми.
- Матиас Шлайден през 1838 г. и Томас Шван през 1839 г. формулират основните принципи на клетъчната теория. Те обаче погрешно вярваха, че клетките възникват от първично неклетъчно вещество.
- Рудолф Вирхов доказва през 1858 г., че всички клетки се образуват от други клетки чрез клетъчно делене.
Основни принципи на клетъчната теория
- Клетката е структурната единица на всички живи същества. Всички живи организми са изградени от клетки (с изключение на вирусите).
- Клетката е функционалната единица на всички живи същества. Клетката проявява целия комплекс от жизнени функции.
- Клетката е единица за развитие на всички живи същества. Нови клетки се образуват само в резултат на делене на оригиналната (майчината) клетка.
- Клетката е генетичната единица на всички живи същества. Хромозомите на клетката съдържат информация за развитието на целия организъм.
- Клетките на всички организми са сходни по химичен състав, структура и функции.
Видове клетъчна организация
Сред живите организми само вирусите нямат клетъчна структура. Всички други организми са представени от клетъчни форми на живот. Има два вида клетъчна организация: прокариотна и еукариотна. Прокариотите включват бактерии, еукариотите включват растения, гъби и животни.
Прокариотните клетки са относително прости. Те нямат ядро, областта, където се намира ДНК в цитоплазмата, се нарича нуклеоид, единствената молекула на ДНК е кръгла и не е свързана с протеини, клетките са по-малки от еукариотните клетки, клетъчната стена включва гликопептид - муреин, няма мембранни органели, техните функции се изпълняват от инвагинации на плазмената мембрана, рибозомите са малки, няма микротубули, така че цитоплазмата е неподвижна, а ресничките и флагелите имат специална структура.
Еукариотните клетки имат ядро, в което са разположени хромозоми - линейни ДНК молекули, свързани с протеини; различни мембранни органели са разположени в цитоплазмата.
Растителните клетки се отличават с наличието на дебела целулозна клетъчна стена, пластиди и голяма централна вакуола, която измества ядрото към периферията. Клетъчният център на висшите растения не съдържа центриоли. Въглехидратът за съхранение е нишестето.
Гъбичните клетки имат клетъчна стена, съдържаща хитин, централна вакуола в цитоплазмата и нямат пластиди. Само някои гъби имат центриол в клетъчния център. Основният резервен въглехидрат е гликогенът.
Животинските клетки, като правило, имат тънка клетъчна стена, не съдържат пластиди и централна вакуола; клетъчният център се характеризира с центриол. Въглехидратът за съхранение е гликогенът.
Устройство на еукариотна клетка
Типичната еукариотна клетка има три компонента: мембрана, цитоплазма и ядро.
Клетъчната мембрана
Отвън клетката е заобиколена от мембрана, чиято основа е плазмената мембрана или плазмалемата, която има типична структура и дебелина от 7,5 nm.
Клетъчната мембрана изпълнява важни и много разнообразни функции: определя и поддържа формата на клетката; предпазва клетката от механични ефекти от проникване на увреждащи биологични агенти; осъществява приемането на много молекулярни сигнали (например хормони); ограничава вътрешното съдържание на клетката; регулира метаболизма между клетката и околната среда, като осигурява постоянството на вътреклетъчния състав; участва в образуването на междуклетъчни контакти и различни видове специфични издатини на цитоплазмата (микровили, реснички, флагели).
Въглеродният компонент в мембраната на животинските клетки се нарича гликокаликс.
Обменът на вещества между клетката и околната среда се извършва постоянно. Механизмите на транспортиране на вещества в и извън клетката зависят от размера на транспортираните частици. Малките молекули и йони се транспортират от клетката директно през мембраната под формата на активен и пасивен транспорт.
В зависимост от вида и посоката се разграничават ендоцитоза и екзоцитоза.
Абсорбцията и освобождаването на твърди и големи частици се наричат съответно фагоцитоза и обратна фагоцитоза; течни или разтворени частици се наричат пиноцитоза и обратна пиноцитоза.
Цитоплазма
Цитоплазмата е вътрешното съдържание на клетката и се състои от хиалоплазма и различни вътреклетъчни структури, разположени в нея.
Хиалоплазмата (матрикс) е воден разтвор на неорганични и органични вещества, които могат да променят своя вискозитет и са в постоянно движение. Способността за движение или движение на цитоплазмата се нарича циклоза.
Матрицата е активна среда, в която протичат много физични и химични процеси и която обединява всички елементи на клетката в една система.
Цитоплазмените структури на клетката са представени от включвания и органели. Включванията са относително нестабилни, намират се в определени типове клетки в определени моменти от живота, например като източник на хранителни вещества (нишестени зърна, протеини, капки гликоген) или продукти, които трябва да бъдат освободени от клетката. Органелите са постоянни и основни компоненти на повечето клетки, имат специфична структура и изпълняват жизненоважна функция.
Мембранните органели на еукариотната клетка включват ендоплазмен ретикулум, апарат на Голджи, митохондрии, лизозоми и пластиди.
Ендоплазмения ретикулум. Цялата вътрешна зона на цитоплазмата е изпълнена с множество малки канали и кухини, стените на които са мембрани, подобни по структура на плазмената мембрана. Тези канали се разклоняват, свързват се един с друг и образуват мрежа, наречена ендоплазмен ретикулум.
Ендоплазменият ретикулум е разнороден по своята структура. Известни са два вида му: гранулиран и гладък. На мембраните на каналите и кухините на гранулираната мрежа има много малки кръгли тела - рибозоми, които придават на мембраните груб вид. Мембраните на гладкия ендоплазмен ретикулум не носят на повърхността си рибозоми.
Ендоплазменият ретикулум изпълнява много различни функции. Основната функция на гранулирания ендоплазмен ретикулум е участието в протеиновия синтез, който се осъществява в рибозомите.
Синтезът на липиди и въглехидрати се извършва върху мембраните на гладкия ендоплазмен ретикулум. Всички тези синтезни продукти се натрупват в канали и кухини и след това се транспортират до различни органели на клетката, където се консумират или натрупват в цитоплазмата като клетъчни включвания. Ендоплазменият ретикулум свързва основните органели на клетката.
апарат на Голджи
В много животински клетки, като например нервните клетки, той приема формата на сложна мрежа, разположена около ядрото. В клетките на растенията и протозоите апаратът на Голджи е представен от отделни сърповидни или пръчковидни тела. Структурата на този органел е подобна в клетките на растителни и животински организми, въпреки разнообразието на неговата форма.
Апаратът на Голджи включва: кухини, ограничени от мембрани и разположени на групи (5-10); големи и малки мехурчета, разположени в краищата на кухините. Всички тези елементи образуват единен комплекс.
Апаратът на Голджи изпълнява много важни функции. Продуктите се транспортират до него през каналите на ендоплазмения ретикулум синтетична дейностклетки – протеини, въглехидрати и мазнини. Всички тези вещества първо се натрупват, а след това под формата на големи и малки мехурчета навлизат в цитоплазмата и или се използват в самата клетка по време на нейния живот, или се отстраняват от нея и се използват в тялото. Например клетките на панкреаса на бозайниците синтезират храносмилателни ензими, които се натрупват в кухините на органоида. След това се образуват мехурчета, пълни с ензими. Те се екскретират от клетките в панкреатичния канал, откъдето се вливат в чревната кухина. Друга важна функция на този органел е, че върху неговите мембрани се осъществява синтезът на мазнини и въглехидрати (полизахариди), които се използват в клетката и които са част от мембраните. Благодарение на дейността на апарата на Голджи се случва обновяване и растеж на плазмената мембрана.
Митохондриите
Цитоплазмата на повечето животински и растителни клетки съдържа малки тела (0,2-7 микрона) - митохондрии (гръцки "mitos" - нишка, "chondrion" - зърно, гранула).
Митохондриите се виждат ясно в светлинен микроскоп, с който можете да изследвате тяхната форма, местоположение и да преброите броя им. Вътрешна структурамитохондриите са изследвани с помощта на електронен микроскоп. Митохондриалната обвивка се състои от две мембрани - външна и вътрешна. Външната мембрана е гладка, не образува гънки или израстъци. Вътрешната мембрана, напротив, образува множество гънки, които са насочени към митохондриалната кухина. Гънките на вътрешната мембрана се наричат кристи (на латински "crista" - хребет, израстък) Броят на кристите варира в митохондриите на различните клетки. Може да има от няколко десетки до няколкостотин от тях, с особено много кристи в митохондриите на активно функциониращи клетки, като мускулни клетки.
Митохондриите се наричат „електростанции“ на клетките, тъй като основната им функция е синтезът на аденозинтрифосфорна киселина (АТФ). Тази киселина се синтезира в митохондриите на клетките на всички организми и е универсален източник на енергия, необходима за жизнените процеси на клетката и целия организъм.
Новите митохондрии се образуват от разделянето на митохондриите, които вече съществуват в клетката.
Лизозоми
Те са малки кръгли тела. Всяка лизозома е отделена от цитоплазмата с мембрана. Вътре в лизозомата има ензими, които разграждат протеини, мазнини, въглехидрати и нуклеинови киселини.
Лизозомите се приближават до хранителна частица, която е влязла в цитоплазмата, сливат се с нея и се образува една храносмилателна вакуола, вътре в която има хранителна частица, заобиколена от лизозомни ензими. Веществата, образувани в резултат на смилането на хранителните частици, навлизат в цитоплазмата и се използват от клетката.
Притежавайки способността да усвояват активно хранителните вещества, лизозомите участват в отстраняването на клетъчни части, цели клетки и органи, които умират по време на жизненоважна дейност. Образуването на нови лизозоми се случва постоянно в клетката. Ензимите, съдържащи се в лизозомите, както всички други протеини, се синтезират върху рибозомите в цитоплазмата. След това тези ензими преминават през ендоплазмения ретикулум до апарата на Голджи, в чиито кухини се образуват лизозоми. В тази форма лизозомите навлизат в цитоплазмата.
Пластиди
Пластидите се намират в цитоплазмата на всички растителни клетки. В животинските клетки няма пластиди. Различават се три основни вида пластиди: зелени – хлоропласти; червено, оранжево и жълто - хромопласти; безцветни - левкопласти.
Органели, които нямат мембранна структура, също са необходими за повечето клетки. Те включват рибозоми, микрофиламенти, микротубули и клетъчен център.
Рибозоми. Рибозомите се намират в клетките на всички организми. Това са микроскопични кръгли тела с диаметър 15-20 nm. Всяка рибозома се състои от две частици с различен размер, малки и големи.
Една клетка съдържа много хиляди рибозоми; те са разположени или върху мембраните на гранулирания ендоплазмен ретикулум, или лежат свободно в цитоплазмата. Рибозомите съдържат протеини и РНК. Функцията на рибозомите е протеинов синтез. Синтез на протеини - труден процес, което се извършва не от една рибозома, а от цяла група, включваща до няколко десетки обединени рибозоми. Тази група рибозоми се нарича полизома. Синтезираните протеини първо се натрупват в каналите и кухините на ендоплазмения ретикулум и след това се транспортират до органели и клетъчни места, където се консумират. Ендоплазменият ретикулум и рибозомите, разположени върху неговите мембрани, представляват единен апарат за биосинтеза и транспорт на протеини.
Микротубули и микрофиламенти
Нишковидни структури, състоящи се от различни контрактилни протеини и определящи двигателните функции на клетката. Микротубулите приличат на кухи цилиндри, чиито стени се състоят от протеини - тубулини. Микрофиламентите са много тънки, дълги нишковидни структури, съставени от актин и миозин.
Микротубулите и микрофиламентите проникват в цялата цитоплазма на клетката, образувайки нейния цитоскелет, причинявайки циклоза, вътреклетъчни движения на органели, разминаване на хромозомите по време на разделянето на ядрен материал и др.
Клетъчен център (центрозома). В животинските клетки близо до ядрото има органел, наречен клетъчен център. Основната част на клетъчния център се състои от две малки тела - центриоли, разположени в малък участък от уплътнена цитоплазма. Всеки центриол има формата на цилиндър с дължина до 1 µm. Центриолите играят важна роля в клетъчното делене; участват в образуването на делителното вретено.
В процеса на еволюция различни клетки се адаптират да живеят в различни условия и да изпълняват специфични функции. Това изисква наличието на специални органели в тях, които се наричат специализирани за разлика от органоидите с общо предназначение, обсъдени по-горе. Те включват контрактилни вакуолипротозои, миофибрили мускулни влакна, неврофибрили и синаптични везикули на нервни клетки, микровили на епителни клетки, реснички и флагели на някои протозои.
Ядро
Ядрото е най-важният компонент на еукариотните клетки. Повечето клетки имат едно ядро, но се срещат и многоядрени клетки (в редица протозои, в скелетните мускули на гръбначните животни). Някои високоспециализирани клетки губят своите ядра (червените кръвни клетки на бозайници, например).
Ядрото, като правило, има сферична или овална форма, по-рядко може да бъде сегментирано или веретенообразно. Ядрото се състои от ядрена обвивка и кариоплазма, съдържаща хроматин (хромозоми) и нуклеоли.
Ядрената обвивка се образува от две мембрани (външна и вътрешна) и съдържа многобройни пори, през които се извършва обмен на различни вещества между ядрото и цитоплазмата.
Кариоплазмата (нуклеоплазма) е желеобразен разтвор, съдържащ различни протеини, нуклеотиди, йони, както и хромозоми и ядро.
Ядрото е малко кръгло тяло, интензивно оцветено и намиращо се в ядрата на неделящите се клетки. Функцията на нуклеола е синтеза на рРНК и свързването й с протеини, т.е. сглобяване на рибозомни субединици.
Хроматинът е бучки, гранули и нишковидни структури, образувани от ДНК молекули в комплекс с протеини, които са специфично оцветени с определени багрила. Различни участъци от ДНК молекули в хроматина имат в различна степенспирализация и следователно се различават по интензитета на цвета и естеството на генетичната активност. Хроматинът е форма на съществуване на генетичен материал в неделящи се клетки и осигурява възможност за удвояване и внедряване на съдържащата се в него информация. По време на клетъчното делене ДНК спиралите и хроматиновите структури образуват хромозоми.
Хромозомите са плътни, интензивно оцветени структури, които са единици на морфологичната организация на генетичния материал и осигуряват точното му разпределение по време на клетъчното делене.
Броят на хромозомите в клетките на всеки биологичен вид е постоянен. Обикновено в ядрата на телесните клетки (соматични) хромозомите са представени по двойки; в зародишните клетки те не са по двойки. Единичен набор от хромозоми в зародишните клетки се нарича хаплоиден (n), докато набор от хромозоми в соматичните клетки се нарича диплоиден (2n). Хромозомите на различните организми се различават по размер и форма.
Диплоиден набор от клетъчни хромозоми специфичен типживи организми, характеризиращ се с броя, размера и формата на хромозомите, се нарича кариотип. В хромозомния набор от соматични клетки сдвоените хромозоми се наричат хомоложни, хромозомите от различни двойки- нехомоложни. Хомоложните хромозоми са идентични по размер, форма и състав (едната е наследена от майчиния организъм, другата от бащиния организъм). Хромозомите като част от кариотипа също се разделят на автозоми, или неполови хромозоми, които са еднакви при мъжки и женски индивиди, и хетерохромозоми, или полови хромозоми, които участват в определянето на пола и се различават при мъжете и жените. Човешкият кариотип е представен от 46 хромозоми (23 двойки): 44 автозоми и 2 полови хромозоми (женските имат две еднакви X хромозоми, мъжете имат X и Y хромозоми).
Ядрото управлява съхранението и внедряването генетична информация, контрол на процеса на биосинтеза на протеини, а чрез протеините - всички останали жизнени процеси. Ядрото участва в репликацията и разпределението на наследствената информация между дъщерните клетки и, следователно, в регулирането на клетъчното делене и процесите на развитие на тялото.
Всички живи същества са изградени от клетки - малки, затворени с мембрана кухини, пълни с концентриран воден разтвор на химикали. клетка- елементарна единица на структурата и жизнената дейност на всички живи организми (с изключение на вирусите, които често се наричат неклетъчни форми на живот), имаща собствен метаболизъм, способна на самостоятелно съществуване, самовъзпроизвеждане и развитие. Всички живи организми, както многоклетъчните животни, растенията и гъбите, се състоят от много клетки, или, като много протозои и бактерии, са едноклетъчни организми. Клонът на биологията, който изучава структурата и функционирането на клетките, се нарича цитология. Смята се, че всички организми и всички техни съставни клетки са еволюирали от обща пред-ДНК клетка.
Приблизителна история на клетка
Първоначално под въздействието на различни природни фактори (топлина, ултравиолетова радиация, електрически разряди) се появяват първите органични съединения, които служат като материал за изграждането на живи клетки.
Ключовият момент в историята на развитието на живота очевидно е появата на първите репликаторни молекули. Репликаторът е вид молекула, която е катализатор за синтеза на собствени копия или матрици, което е примитивен аналог на възпроизводството в животинския свят. От най-често срещаните в момента молекули репликаторите са ДНК и РНК. Например, ДНК молекула, поставена в чаша с необходимите компоненти, спонтанно започва да създава свои собствени копия (макар и много по-бавно, отколкото в клетка под въздействието на специални ензими).
Появата на репликаторни молекули стартира механизма на химическата (предбиологична) еволюция. Първите обекти на еволюцията най-вероятно са били примитивни РНК молекули, състоящи се само от няколко нуклеотида. Този етап се характеризира (макар и в много примитивна форма) с всички основни характеристики на биологичната еволюция: размножаване, мутация, смърт, борба за оцеляване и естествен подбор.
Химическата еволюция беше улеснена от факта, че РНК е универсална молекула. Освен че е репликатор (т.е. носител на наследствена информация), той може да изпълнява функциите на ензими (например ензими, които ускоряват репликацията или ензими, които разграждат конкуриращи се молекули).
В някакъв момент от еволюцията се появяват РНК ензими, които катализират синтеза на липидни молекули (т.е. мазнини). Липидните молекули имат едно забележително свойство: те са полярни и имат линейна структура, като дебелината на единия край на молекулата е по-голяма от тази на другия. Следователно липидните молекули в суспензия спонтанно се събират в черупки, които са близки по форма до сферични. Така РНК, които синтезират липиди, успяха да се обградят с липидна обвивка, което значително подобри устойчивостта на РНК към външни фактори.
Постепенното увеличаване на дължината на РНК доведе до появата на многофункционални РНК, отделни фрагменти от които изпълняваха различни функции.
Първите клетъчни деления очевидно са настъпили под влияние на външни фактори. Синтезът на липиди вътре в клетката доведе до увеличаване на нейния размер и до загуба на здравина, така че голямата аморфна мембрана беше разделена на части под въздействието на механичен стрес. Впоследствие се появява ензим, който регулира този процес.
Клетъчна структураВсички клетъчни форми на живот на земята могат да бъдат разделени на две суперцарства въз основа на структурата на съставните им клетки - прокариоти (предядрени) и еукариоти (ядрени). Прокариотните клетки са по-прости по структура, очевидно те са възникнали по-рано в процеса на еволюция. Еукариотните клетки са по-сложни и са възникнали по-късно. Клетките, които изграждат човешкото тяло, са еукариотни. Въпреки разнообразието от форми, организацията на клетките на всички живи организми е подчинена на общи структурни принципи.
Живото съдържание на клетката - протопластът - е отделено от околната среда чрез плазмена мембрана или плазмалема. Вътре клетката е изпълнена с цитоплазма, в която са разположени различни органели и клетъчни включвания, както и генетичен материал под формата на ДНК молекула. Всяка от клетъчните органели изпълнява своя специална функция и всички заедно определят жизнената дейност на клетката като цяло.
Прокариотна клетка
Прокариоти(от латински pro - преди, преди и гръцки κάρῠον - сърцевина, ядка) - организми, които за разлика от еукариотите нямат оформено клетъчно ядро и други вътрешни мембранни органели (с изключение на плоски резервоари при фотосинтезиращи видове, например в цианобактерии). Единствената голяма кръгла (при някои видове - линейна) двуверижна ДНК молекула, която съдържа по-голямата част от генетичния материал на клетката (т.нар. нуклеоид), не образува комплекс с хистонови протеини (т.нар. хроматин). ). Прокариотите включват бактерии, включително цианобактерии (синьо-зелени водорасли) и археи. Потомците на прокариотните клетки са органелите на еукариотните клетки - митохондрии и пластиди.
Прокариотните клетки имат цитоплазмена мембрана, точно както еукариотните клетки. Бактериите имат двуслойна мембрана (липиден двуслоен), докато археите често имат еднослойна мембрана. Археалната мембрана е съставена от вещества, различни от тези, които изграждат бактериалната мембрана. Повърхността на клетките може да бъде покрита с капсула, обвивка или слуз. Те могат да имат камшичета и власинки.
Фиг. 1. Структурата на типична прокариотна клетка
Прокариотите нямат клетъчно ядро, както е при еукариотите. ДНК се намира вътре в клетката, нагъната по подреден начин и поддържана от протеини. Този ДНК-протеинов комплекс се нарича нуклеоид. При еубактериите протеините, които поддържат ДНК, са различни от хистоните, които образуват нуклеозоми (при еукариотите). Но архибактериите имат хистони и по този начин те са подобни на еукариотите. Енергийните процеси при прокариотите протичат в цитоплазмата и върху специални структури - мезозоми (израстъци на клетъчната мембрана, които са усукани в спирала, за да се увеличи повърхността, върху която се извършва синтеза на АТФ). Вътре в клетката може да има газови мехурчета, резервни вещества под формата на полифосфатни гранули, въглехидратни гранули и мастни капчици. Могат да присъстват включвания на сяра (образувани например в резултат на аноксична фотосинтеза). Фотосинтезиращите бактерии имат нагънати структури, наречени тилакоиди, върху които протича фотосинтезата. Така прокариотите по принцип имат същите елементи, но без прегради, без вътрешни мембрани. Тези дялове, които присъстват, са израстъци на клетъчната мембрана.
Формата на прокариотните клетки не е толкова разнообразна. Кръглите клетки се наричат коки. Както археите, така и еубактериите могат да имат тази форма. Стрептококите са коки, удължени във верига. Стафилококите са „гроздове” от коки, диплококите са коки, обединени в две клетки, тетрадите са четири, а сарцините са осем. Пръчковидните бактерии се наричат бацили. Две пръчки - диплобацили, удължени във верига - стрептобацили. Други видове включват коринеформни бактерии (с удължение в краищата като клуб), спирила (дълги извити клетки), вибриони (къси извити клетки) и спирохети (извиват се различно от спирила). Всичко по-горе е илюстрирано по-долу и са дадени два представителя на архебактериите. Въпреки че и археите, и бактериите са прокариотни (безядрени) организми, структурата на техните клетки има някои съществени разлики. Както бе отбелязано по-горе, бактериите имат двуслоен липид (когато хидрофобните краища са потопени в мембраната и заредените глави стърчат от двете страни), а археите могат да имат монослойна мембрана (заредените глави присъстват от двете страни, а вътре там е една единствена цяла молекула; тази структура може да е по-твърда от двуслойна). По-долу е структурата на клетъчната мембрана на архебактерия.
Еукариоти(еукариоти) (от гръцки ευ - добър, напълно и κάρῠον - ядро, ядка) - организми, които за разлика от прокариотите имат оформено клетъчно ядро, ограничено от цитоплазмата с ядрена мембрана. Генетичният материал се съдържа в няколко линейни двуверижни ДНК молекули (в зависимост от вида на организма техният брой на ядро може да варира от две до няколкостотин), прикрепени отвътре към мембраната на клетъчното ядро и образуващи се в обширната повечето (с изключение на динофлагелати) комплекс с хистонови протеини, наречени хроматин. Еукариотните клетки имат система от вътрешни мембрани, които в допълнение към ядрото образуват редица други органели (ендоплазмен ретикулум, апарат на Голджи и др.). В допълнение, по-голямата част от тях имат постоянни вътреклетъчни симбионти - прокариоти - митохондрии, а водораслите и растенията също имат пластиди.
животинска клетка
Структурата на животинската клетка се основава на три основни компонента - ядро, цитоплазма и клетъчна мембрана. Заедно с ядрото цитоплазмата образува протоплазма. Клетъчната мембрана е биологична мембрана (преграда), която отделя клетката от външната среда, служи като обвивка за клетъчните органели и ядрото и образува цитоплазмени отделения. Ако поставите препарата под микроскоп, можете лесно да видите структурата на животинска клетка. Клетъчната мембрана съдържа три слоя. Външният и вътрешният слой са протеини, а междинният слой е липид. В този случай липидният слой се разделя на още два слоя - слой от хидрофобни молекули и слой от хидрофилни молекули, които са подредени в определен ред. На повърхността на клетъчната мембрана има специална структура - гликокаликс, която осигурява селективната способност на мембраната. Черупката пропуска необходимите вещества и задържа тези, които причиняват вреда.
Фиг.2. Структурата на животинската клетка
Структурата на животинската клетка е насочена към осигуряване защитна функциявече на това ниво. Проникването на вещества през мембраната става с прякото участие на цитоплазмената мембрана. Повърхността на тази мембрана е доста значителна поради завои, израстъци, гънки и вълни. Цитоплазмената мембрана позволява преминаването на малки и по-големи частици. Структурата на животинската клетка се характеризира с наличието на цитоплазма, състояща се предимно от вода. Цитоплазмата е контейнер за органели и включвания.
Освен това цитоплазмата съдържа и цитоскелета - протеинови нишки, които участват в процеса на клетъчно делене, ограничават вътреклетъчното пространство и поддържат формата и способността на клетката да се съкращава. Важен компонент на цитоплазмата е хиалоплазмата, която определя вискозитета и еластичността на клетъчната структура. В зависимост от външни и вътрешни фактори хиалоплазмата може да промени своя вискозитет - да стане течна или гелообразна. Когато изучаваме структурата на животинската клетка, човек не може да не обърне внимание на клетъчния апарат - органелите, които се намират в клетката. Всички органели имат своя специфична структура, която се определя от функциите, които изпълняват.
Ядрото е централната клетъчна единица, която съдържа наследствена информация и участва в метаболизма в самата клетка. Клетъчните органели включват ендоплазмен ретикулум, клетъчен център, митохондрии, рибозоми, комплекс Голджи, пластиди, лизозоми, вакуоли. Подобни органели се намират във всяка клетка, но в зависимост от функцията структурата на животинската клетка може да се различава в присъствието на специфични структури.
Функции на клетъчните органели: - митохондриите окисляват органичните съединения и акумулират химическа енергия; - ендоплазменият ретикулум, поради наличието на специални ензими, синтезира мазнини и въглехидрати, неговите канали улесняват транспортирането на вещества в клетката; - рибозомите синтезират протеин; - комплексът на Голджи концентрира протеини, уплътнява синтезираните мазнини, полизахариди, образува лизозоми и подготвя вещества за тяхното отстраняване от клетката или директно използване вътре в нея; - лизозомите разграждат въглехидрати, протеини, нуклеинови киселини и мазнини, като основно усвояват хранителните вещества, влизащи в клетката; - клетъчният център участва в процеса на клетъчно делене; - вакуолите, поради съдържанието на клетъчен сок, поддържат клетъчния тургор (вътрешно налягане).
Устройството на живата клетка е изключително сложно – на клетъчно нивоПротичат множество биохимични процеси, които заедно осигуряват жизнените функции на организма.