Краткий конспект. Тема "Строение эукариотической клетки"

Строение эукариотической клетки

Цитология – раздел биологии, изучающий живые клетки, их органоиды, их строение, функционирование, процессы клеточного размножения, старения и смерти.

Клеточная теория

Изучение клетки связано с открытием микроскопа (Янсен-1590 г., Галлилей -1610 г.), в связи с чем стало возможным развитием цитологии.

Роберт Гук (1665 г.) впервые на срезе пробки под микроскопом обнаружили ячейки, которые назвал клетками.

Левенгук (1670 г.) описал сперматозоиды человека, бактерии, ядра в клетках крови.

Пуркинье (1830 г.) описал протоплазму с органоидами.

Броун (1833 г.) открыл ядро клетки.

Мальпиги описал капилляры.

На основе этих данных, а также на основании своих исследований немецкий ботаник Шлейден и зоолог Шванн утвердили клеточную теорию, сущность которой заключалась в том, что огромное большинство организмов имеют клеточное строение, а клетка является основной элементарной функциональной единицей строения и развития всех растительных и животных организмов (1839 г.).

Рудольф Вихров (1855 г.) выяснил, что все клетки возникают только в результате деления существовавших ранее клеток.

Карл Бэр открыл, что все многоклеточные организмы начинают своё развитие из одной клетки – оплодотворённой яйцеклетки.

Современная клеточная теория

Клетка является элементарной структурной и функциональной единицей живого, представляющая собой живую систему. Для неё характерны все признаки живого.

• Клетка является структурной и функциональной единицей живого, представляющая собой элементарную живую систему. Для неё характерны все признаки живого.

• Клетки всех организмов имеют сходный химический состав и общий план строения.

• Новая клетка возникает в результате деления исходной клетки.

• Многоклеточные организмы представляют собой сложно организованные системы, состоящие из взаимодействующих клеток.

Сходство клеточного строения свидетельствует о единстве их происхождения.

Строение эукариотической клетки

Клетка эукариот состоит из 3 основных частей:

1. Поверхностного аппарата, который включает:

- наружную мембрану (плазмалемму),

- клеточную стенку (не у всех);

2. Цитоплазмы;

3. Ядра.

1. Поверхностный аппарат

Клеточная стенка (оболочка). У растений и грибов клетка снаружи покрыта клеточной стенкой или оболочкой. Оболочка растений состоит из целлюлозы и пектиновых веществ; у грибов – из хитина.

Оболочка обеспечивает защиту, прочность клетки, форму клетки, участвует в транспорте веществ. Под оболочкой располагается цитоплазматическая мембрана.

Плазмалемма

Плазматическая мембрана (плазмалемма) образована бислоем фосфолипидов, с которыми связаны белковые молекулы. Молекулы белка расположены либо на поверхности липидного слоя (с двух сторон), либо частично или полностью погружены в этот слой.

Функции плазматической мембраны: весьма разнообразны. Она ограничивает цитоплазму от внешней среды, защищает клетку от повреждений. Плазматическая мембрана также избирательно пропускает различные вещества, регулируя состав внутренней среды клетки, т.е. обеспечивает транспорт веществ.

Мембранный транспорт

Важнейшее свойство плазмалеммы состоит в её способности пропускать в клетку или из неё различные вещества. Это имеет большое значение для саморегуляции клетки, поддержание её состава (гомеостаза).

Виды транспорта в клетке

Малых молекул и ионов В мембранной упаковке

Пассивный Активный Экзоцитоз Эндоцитоз

транспорт: транспорт (из клетки) (в клетку)

- осмос

- простая диффузия Фагоцитоз Пиноцитоз

- облегчённая диффузия

Пассивный транспорт – происходит без затрат энергии через поры плазматической мембраны, разными путями. Так диффузия воды через избирательно проницаемую мембрану называется осмосом, при этом вода переходит из области с меньшей концентрацией солей в области с их большей концентрацией. Различные концентрации солей создают осмотическое давление. Если клетка находиться в растворе с низкой концентрацией солей – гипотонический раствор (меньше 0,9 %), вода будет проходить в клетку. При этом клетка будет набухать – происходит деплазмолиз, внутреннее давление на стенки её (тургор клетки) увеличивается. Если клетку поместить в водный раствор с высокой концентрацией солей (более 2%-гипертонический раствор), клетка будет терять воду, тургор уменьшается, цитоплазма будет отслаиваться от стенок клети и клетка сморщиться (плазмолиз).

Транспорт веществ через мембрану, осуществляемый по градиенту концентрации, т.е. от большей концентрации веществ к меньшей носит название диффузии и протекает без затрат энергии. По обычным законам диффузии проходят вещества хорошо растворимые в жирах или воде.

Если вещества нерастворимые в жирах и не проходят через поры, то они поступают в клетку при участии специальных белков – пермеаз – переносчиков, содержащихся в клеточной мембране (они или встроены в мембрану, образуя канал, или, соединяясь транспортируемыми молекулами, совершают челночные движения через мембрану). Транспорт веществ при помощи белков-переносчиков называется облегчённой диффузией. И протекает, также, без затрат энергии.

В отличии от пассивного транспорта активный транспорт веществ осуществляется против их градиентов концентрации с затратой энергии АТФ.

Через цитоплазматическую мембрану могут поступать в клетку не только отдельные молекулы или ионы, но и крупные молекулы и даже частицы. При этом мембрана окружает частицу, края её смыкаются, и частица её оказывается в мембранном пузыре в цитоплазме. Такой способ поглощения твёрдых частиц называется фагоцитозом, а жидких – пиноцитозом (греч. рino – пить). Фагоцитоз у простейших частиц связан с внутриклеточным пищеварением. У высокоорганизованных животных и человека процесс фагоцитоза играет защитную роль (фагоцитарная деятельность лейкоцитов).

Поступление веществ в клетку при помощи плазматической мембраны – эндоцитоз, а выведение веществ из клетки называется – экзоцитоз. Так выводятся гормоны, полисахариды, белки, жировые капли и др. Обе мембраны сливаются, и содержимое пузырька выводится в среду, окружающую клетку.

Функции в клетке распределены между различными органоидами.

2. Цитоплазма

Цитоплазма подразделяется на бесструктурную часть – гиалоплазу и погружённые в неё структурированные компоненты: цитоплазматические включения и органоиды.

Цитоплазма

Гиалоплазма Органоиды Включения

Золь Гель Одномембранные Двумембранные Нембранные

Гиалоплазма – коллоидный раствор, обеспечивающий вязкость цитоплазмы. Гиалоплазма может находиться в состоянии золя (жидкости) или геля (более упругого, плотного вещества).

Одномембранные органоиды

= Эндоплазматическая сеть =

Эндоплазматическая сеть – это система уплощённых мембранных мешочков, цистерн в виде трубочек и пластинок. Образует единое целое с мембранной ядерной оболочкой (наружной).

Если поверхность эндоплазматической сети (ЭПС) покрыта рибосомами, то она называется гранулярной (шероховатой). По цистернам ЭПС такого типа транспортируется белок, синтезируемый рибосомами.

Гладкая ЭПС – агранулярная (без рибосом) – служит местом синтеза липидов.

= Вакуоли =

Вакуоли – это мешочки, окружённые мембраной. Мембрана вакуоли растительной клетки называется тонопласт. Крупные вакуоли характерны для растительных клеток. В них содержится клеточный сок – концентрированный раствор различных веществ (минеральные соли, сахара, пигменты, органические кислоты).

Более мелкие вакуоли встречаются как в растительных, так и в животных клетках, это пищеварительные и сократительные вакуоли. Эти вакуоли выполняют пищеварительные функции и участвуют в осморегуляции.

= Аппарат Гольджи =

Аппарат Гольджи – стопка уплощённых мембранных мешочков-цистерн. На одном конце стопки мешочки непрерывно образуются, а с другой – отшнуровываются в виде пузырьков. Многие белки из ЭПС дорабатываются и транспортируются в пузырьках аппарата Гольджи. Также в нём образуются лизосомы.

= Лизосомы =

Лизосома – сферический мембранный мешочек, заполненный пищеварительными (гидролитическими) ферментами. Она выполняет функции, связанные с распадом каких-либо структур или молекул. Сливаясь с крупными молекулами органического вещества, образуется пищеварительная вакуоль.

Двумембранные органоиды

= Пластиды =

Это органоиды, содержащиеся только в растительных клетках. Они подразделяются на 3 группы:

- Хлоропласты

Это крупные пластиды, содержащие хлорофилл. Имеют двойную оболочку, заполнены студенистой жидкостью (стромой), в которой находится система мембран, собранных в стопки (мембранные мешочки, лежащие друг на друге и заполненные жидкостью).

Стопки – граны – могут соединяться друг с другом ламеллами (одиночными слоями). Хлорофилл расположен в гранах. В строме также находится кольцевая молекула ДНК.

В хлоропластах происходит фотосинтез – т.е. синтез глюкозы (С₆Н₁₂О₆) и других веществ из СО₂ и Н₂О за счёт световой энергии, улавливаемой хлорофиллом. При этом световая энергия превращается в химическую.

- Хромопласты

Это пластиды, содержащие растительные пигменты (каротиноиды), придающие окраску цветкам, плодам, стеблям и другим частям растений.

- Лейкопласты

Это бесцветные пластиды, содержащие в неокрашенных частях растений – стеблях, корнях, луковицах. В них могут синтезироваться белки, жиры и крахмал.

= Митохондрии =

Палочковидные органоиды, ограниченные от цитоплазмы двумя мембранами:

- внешняя мембрана гладкая

- внутренняя образует выросты – кристы, которые вдаются во внутреннее гомогенное содержимое митохондрии – матрикс. В матриксе имеется митохондриальная ДНК и рибосомы.

Функции: в митохондриях протекает кислородный этап энергетического обмена, т.е. здесь происходит расщепление органических веществ с освобождением энергии, которая используется на синтез АТФ и запасается в макроэнергетических фосфатных связях АТФ.

Немембранные органоиды:

= Рибосомы =

Ультрамикроскопические органоиды, состоящие из двух частей – субъединиц. Они не имеют мембранного строения и состоят из белков (50%) и р-РНК (50%). Субъединицы образуются в ядрышке. Рибосомы находятся либо на ЭПС, либо свободно лежат в цитоплазме. Много рибосом «нанизанных» на и-РНК образуют полирибосомы. Функция рибосом – синтез белков, на них образуется полипептидная цепочка – первичная структура молекулы белка.

= Клеточный центр =

В клетка высших растений его нет, хотя веретено деления и образуется.

В центросоме находятся две центриоли – мелкие полные цилиндры. Каждая центриоль построена из 9 триплетов- микротрубочек, которые перед делением удваиваются. Центриоли имеют важное значение при делении клетки: они определяют полюса деления, формируют веретено деления и обеспечивают равномерное распределение хромосом между дочерними клетками.

= Цитоскелет =

Это опорно-двигательная система клетки. Он играет роль структурного организатора цитоплазмы, связывает различные органеллы клетки, он обеспечивает изменения формы клетки и разнообразные виды движения.

Цитоскелет представлен развитой сетью белковых нитей – филаментов, образующих в цитоплазме опорно-двигательную систему.

Элементы цитоскелета

3. Ядро

В состав ядра входит ядерная оболочка, кариоплазма, ядрышки и хромосомы. Содержимое ядра отделено от цитоплазмы ядерной оболочкой, состоящей из двух мембран – наружной и внутренней, разделённых околоядерным пространством. Наружная мембрана переходит в мембрану ЭПС. Через определённые интервалы наружная и внутренняя мембраны сливаются друг с другом, образуя отверстия – ядерные поры. Через поры происходит перенос в цитоплазму субъединиц рибосом, и-РНК, т-РНК; активный перенос в ядро белков, нуклеотидов.

В ядре находится одно или несколько ядрышек. Ядрышко формируется вторичными перетяжками некоторых хромосом; в ней образуются рибосомы.

В ядре находится наследственный аппарат клетки, представленный молекулами ДНК. ДНК образует комплексы с белками – хроматин. Хроматин обнаруживается в неделящейся клетке в виде нитей и глыбок. В делящейся клетке хроматин спирализуется и превращается в хромосомы.

Химический состав хромосом – 40% ДНК и 60% белка.

Виды хромосом:

Аутосомы – неполовые хромосомы, одинаковы у представителей разных полов, кодируют признаки, не связанные с полом (цвет глаз, форма волос и т.д.)

Гетерохромосомы – половые хромосомы, отвечают за развитие первичных (половые железы, половые органы) и вторичных (тембр голоса, тип телосложения и др.) половых признаков. Женщины имеют две Х-хромосомы, а мужчины Х и У-хромосомы.

Клетки, отличающиеся по набору хромосом:

1. Соматические – неполовые клетки, характеризуются диплоидным набором хромосом. Диплоидный набор – парный набор хромосом.

Пара – это две гомологические хромосомы, одинаковые по размерам, форме и расположению центромеры. Одна хромосома в паре от матери, другая от отца. 2n = 46 (у человека).

2. Половые клетки – гаметы, характеризуются гаплоидным набором хромосом. Гаплоидный набор хромосом – совокупность хромосом, присущая зрелой половой клетке, в которой из каждой пары характерных для данного биологического вида хромосом присутствует только одна хромосома. 1n = 23 (у человека).

Кариотип – диплоидный набор хромосом клетки, характеризующийся определённым числом, величиной и формой.

Каждый вид растений и животных имеет определённое постоянное число хромосом. Так, в ядре соматических клеток у лошадиной аскариды – 2 хромосомы, у мухи дрозофилы – 8, у кукурузы – 20, у таракана – 48, у человека – 46.

Основная функция хромосом – хранение и передача генетической информации в клетке.