Предметы живой природы имеют клеточное строение схожее для всех видов. Однако каждое царство имеет свои особенности. Узнать подробнее какое строение животной клетки, поможет данная статья, в которой мы расскажем не только об особенностях, но и познакомим с функциями органоидов.
Сложноорганизованный животный организм состоит из большого количества тканей. Форма и назначение клетки зависит от вида ткани, в состав которой она входит. Несмотря на их разнообразие, можно обозначить общие свойства в клеточном строении:
- мембрана состоит из двух слоёв, которые отделяют содержимое от внешней среды. По своей структуре она эластична, поэтому клетки могут иметь разнообразную форму;
- цитоплазма находится внутри клеточной мембраны. Это вязкая жидкость, которая постоянно двигается;
За счёт движения цитоплазмы внутри клетки протекают различные химические процессы и обмен веществ.
- ядро - имеет большие размеры, по сравнению с растениями. Располагается в центре, внутри него находится ядерный сок, ядрышко и хромосомы;
- митохондрии состоят из множества складок – крист;
- эндоплазматическая сеть имеет множество каналов, по ним питательные вещества поступают в аппарат Гольджи;
- комплекс трубочек, именуемый аппаратом Гольджи , накапливает питательные вещества;
- лизосомы регулируют количество углеродов и других питательных веществ;
- рибосомы расположены вокруг эндоплазматической сети. Их наличие делает сеть шероховатой, гладкая поверхность ЭПС свидетельствует об отсутствии рибосом;
- центриоли - особые микротрубочки, которые отсутствуют у растений.
Рис. 1. Строение животной клетки.
Учёные открыли наличие центриолей недавно. Так как увидеть и изучить их можно только с помощью электронного микроскопа.
Функции органоидов клетки
Каждый органоид выполняет определённые функции, совместная их работа составляет единый сплочённый организм. Так, например:
- клеточная мембрана обеспечивает транспортирование веществ внутрь клетки и из неё;
- внутри ядра находится генетический код, который передаётся из поколения в поколение. Именно ядро регулирует работу других органелл клетки;
- энергетическими станциями организма являются митохондрии . Именно здесь образуется вещество АТФ, при расщеплении которого выделяется большое количество энергии.
Рис. 2. Строение митохондрий
- на стенках аппарата Гольджи синтезируются жиры и углеводы, которые необходимы для построения мембран других органоидов;
- лизосомы расщепляют ненужные жиры и углеводы, а также вредные вещества;
- рибосомы синтезируют белок;
- клеточный центр (центриоли) играют важную роль в образовании веретена деления во время митоза клетки.
Рис. 3. Центриоли.
В отличие от растительной клетки у животной отсутствуют вакуоли. Однако могут образовываться временные маленькие вакуоли, которые содержат вещества для удаления из организма.
ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой
Что мы узнали?
Строение животной клетки, которое изучается на уроках биологии в 7-9 классе, ничем не отличается от строения других клеток живой природы. Особенностью животной клетки является наличие клеточного центра, так называемых центриолей, которые участвуют в образовании веретена деления при митозе. В отличие от растительного организма здесь нет вакуолей, пластид и целлюлозной клеточной стенки. Клеточная мембрана достаточно эластичная, что даёт возможность приобретать клеткам различные формы и размеры.
Факультет ветеринарной медицины и технологии животноводства
Кафедра общей зоотехнии
Методические указания
для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Общая генетика»
для студентов факультета ветеринарной медицины и технологии животноводства заочной формы обучения, обучающихся по направлению
111900 (36.03.01) – Ветеринарно-санитарная экспертиза
Воронеж – 2015
Составители: Аристов А.В., Кудинова Н.А., Якушева Т.Н.
Рецензент: Саврасов Д.А., доцент кафедры терапии и фармакологии
Раздел 1
Цитологические основы наследственности
Цитология – наука о структуре и функциях клетки, об организации живого на клеточном уровне.
Цитогенетика – раздел генетики, изучающий строение клетки и ее органоидов и изменение их при возникновении мутаций.
Тема 1
Строение и функции животной клетки
Задание 1.1 Изучить строение животной клетки и функции отдельных ее структурных элементов.
Клетка (Cellula ) представляет собой наименьшую элементарную структурно-функциональную единицу живых организмов, обладающую всеми основными свойствами живого и способную к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению.
Клетка – это система взаимосвязанных, специализированных биополимеров, ограниченная билипидной клеточной мембраной, обладающей избирательной проницаемостью. У эукариот биополимеры образуют ядро и цитоплазму, последние обеспечивают совокупность метаболических процессов и осуществляют поддержание структуры и функции отдельных ее частей и воспроизведение всей системы в целом.
Основными частями эукариотической клетки являются ее поверхностный аппарат, цитоплазма (cytoplasma ) и ядро (nucleus ).
Кроме того, клетка состоит из различных по составу и выполняемой функции отделенных друг от друга мембранами компартментов. К ним относятся гиалоплазма, кариоплазма, перинуклеарное пространство, гранулярная и гладкая эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы, митохондрии, включения, в том числе транспортные и секреторные пузырьки (рис. 1).
Клеточная мембрана (цитолемма, плазмалемма) образована двумя слоями липидов со встроенными в них белками. Выполняет барьерную функцию (отделяет внутреннюю среду клетки от межклеточного вещества или окружающей среды); транспортную функцию (непрерывный обмен с внешней средой, трансмембранный перенос веществ); рецепторную функцию (восприятие специфических – гормонов, мембран соседних клеток, адгезивных молекул межклеточного вещества) и адгезивную функцию (адгезия и агрегация – прилипание клеток к себе подобным и межклеточным структурам и взаимодействие клеток).
Ядро состоит из ядерной оболочки (кариолеммы) и содержимого (кариоплазмы). В кариоплазме выделяют ядрышко, матрикс, хроматин. Кариолемма представлена двумя мембранами, пронизанными ядерными порами. Ядро является хранилищем наследственной информации на хромосомах; в нем проходит репликация и репарация ДНК, синтез РНК на матрице ДНК (транскрипция), в ядрышке синтез рРНК и субъединиц рибосом.
Гранулярная (шероховатая) эндоплазматическая сеть (ЭПС) – это система уплощенных цистерн, канальцев, транспортных пузырьков. Они образованы мембраной, на поверхности которой прикреплены рибосомы. Гранулярная эндоплазматическая сеть осуществляет транспорт белка, синтезированного на рибосомах.
Гладкая (агранулярная) эндоплазматическая сеть (ЭПС) состоит из сложной сети канальцев, плоских и расширенных (вакуолей) цистерн и транспортных пузырьков. Гладкая эндоплазматическая сеть участвует в синтезе липидов и метаболизме гликогена и стероидных гормонов.
Рибосомы , плотные частицы, сформированные рибонуклеопротеидным комплексом, состоящие из двух субчастиц – большой и малой.
Различают цитоплазматические и митохондриальные рибосомы. Основной их функцией является синтез белка (трансляция с мРНК на белок).
Митохондрии состоят из матрикса, внутренней мембраны, образующей кристы (впячивания в матрикс), перимитохондриального пространства и наружной мембраны.
В матриксе митохондрий содержаться ферменты, одноцепочечная цикличная ДНК, митохондриальная РНК, митохондриальные рибосомы. В кристах происходит окислительное фосфорилирование (клеточное дыхание) и перенос электронов, в матриксе работают ферменты, участвующие в цикле Кребса и в окислении жирных кислот.
Комплекс Гольджи (пластинчатый комплекс), стопка уплощенных мембранных мешочков – цистерн. На одном конце стопки мешочки непрерывно образуются, а с другого – отшнуровываются в виде пузырьков. Комплекс Гольджи участвует в транспорте веществ в цитоплазму и внеклеточную среду, синтезе жиров и углеводов, в росте и обновлении плазматической мембраны и в формировании лизосом.
Лизосома, простой сферический мембранный мешочек (мембрана одинарная), заполненный гидролитическими (пищеварительными) ферментами. Лизосомы участвуют во внутриклеточном переваривании (разрушение старых, измененных структур клетки).
Для изучения строения клетки используют постоянные или временные препараты при наблюдении в световом микроскопе. При этом клетки или их структуры окрашивают специальными красителями или изучают неокрашенными.
Задание 1.2 Изучить строение хромосом, основные их формы и типы спутников хромосом.
Хромосома – постоянный компонент ядра, отличающийся особой структурой, функцией и способностью к самовоспроизведению, что обеспечивает их преемственность, а тем самым и передачу наследственной информации от одного поколения растительных и животных организмов к другому.
Хромосомы животных и растений представляют собой палочковидные структуры разной длины с довольно постоянной толщиной. Снаружи хромосомы покрыты белковой оболочкой из гистонов.
Хромосома делящейся клетки состоит из двух хроматид соединенных между собой перетяжкой, которая делит хромосому на два плеча. Каждая из хроматид, в свою очередь, состоит из двух половинок – полухроматид или хромонем .
Первичная перетяжка представляет собой неспирализованный участок ДНК. В области первичной перетяжки находится центромера . Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку . Вторичные перетяжки могут быть у одних хромосом на длинном плече, у других – на коротком.
Концевые участки хромосомы называют теломерами. Особенность их состоит в том, что они не способны к соединению с другими участками хромосом.
У некоторых хромосом есть спутники – это хромосомные сегменты, чаще всего гетерохроматические, расположенные дистально от вторичной перетяжки.
По классическим определениям спутник – сферическое тельце с диаметром, равным диаметру хромосомы или меньше его, которое связано с хромосомой тонкой нитью.
Вторичная перетяжка, соединяющая спутник с телом хромосомы, способна к участию в процессе формирования и сборки ядрышек. Такая вторичная перетяжка, поэтому называется еще ядрышковым организатором.
Спутник вместе с вторичной перетяжкой составляют спутничный район.
Рисунок 2. Схема строения хромосомы
Хроматин, основной компонент клеточного ядра – комплекс дезоксирибонуклеиновых кислот с белками, где ДНК находится в различной степени конденсации. В среднем в хроматине 40% приходится на ДНК и около 60% на белки.
По электронной и светооптической плотности выделяют плотный, грубо окрашенный гетерохроматин и более нежно окрашенный, менее плотный эухроматин.
Гетерохроматин – генетически неактивные участки хромосом, постоянно находящиеся в конденсированном состоянии. При электронной микроскопии формирует темные глыбки неправильной формы. Гетерохроматин в зависимости от локализации подразделяется на пристеночный, матричный и перинуклеарный.
Эухроматин – это весь генетический материал интерфазного ядра – область слабо конденсированной ДНК. С нуклеиновыми кислотами в эухроматине связаны в основном негистоновые белки.
Морфология хромосомы определяется в первую очередь положением центромеры. В соответствии с местом расположения центромеры выделяют основные формы хромосом (рис. 3):
· метацентрические,
· субметацентрические,
· акроцентрические.
Рисунок 3. Типы хромосом:
1 – метацентрические; 2 – субметацентрические; 3 – акроцентрические.
Метацентрические хромосомы отличаются тем, что плечи у них одинаковой или почти одинаковой длины.
Субметацентрические хромосомы имеют плечи разной длины. У акроцентрических хромосом центромера расположена к близко к одной из теломер.
При характеристике морфологии хромосом принимают во внимание следующие признаки: длину плеч, положение центромеры, наличие вторичной перетяжки или спутника.
Спутники разных хромосом отличаются по форме, величине и длине нити, соединяющей их с основным телом. Выделяют следующие пять типов спутников (рис. 4):
1. микроспутники – сфероидальной формы, маленькие спутники с диаметром вдвое или еще меньше диаметра хромосомы;
2. макроспутники – довольно крупные формы спутников с диаметром, превышающим половину диаметра хромосомы;
3. линейные спутники – спутники, имеющие форму длинного хромосомного сегмента. Вторичная перетяжка значительно удалена от терминального конца;
4. терминальные спутники – спутники, локализованные на конце хромосомы;
5. интеркалярные спутники – спутники, локализованные между двумя вторичными перетяжками.
Рисунок 4. Типы спутников хромосом:
1 – микроспутник; 2 – макроспутник; 3 – линейный спутник; 4 – интеркалярный спутник; 5 – терминальный спутник.
Размеры хромосом у разных организмов варьируют в широких пределах. Длина хромосом может колебаться от 0,2 до 50 мкм. Нормальная длина каждой хромосомы и суммарная длина всех хромосом кариотипа постоянна.
В настоящее время для каждой группы хромосом рекомендуют определять два параметра: общий размер, плечевой и центрометный индекс.
Общий размер вычисляют путем суммирования длины двух плеч. Абсолютную длину хромосомы выражают в мкм.
Плечевой индекс – это отношение длины длинного плеча хромосомы к длине короткого плеча, выраженное в процентах.
Центрометный индекс – это отношение длины одного из плеч к длине всей хромосомы, выражается в процентах.
На заре развития жизни на Земле все клеточные формы были представлены бактериями. Они всасывали органические вещества, растворённые в первичном океане, через поверхность тела.
Со временем некоторые бактерии приспособились производить органические вещества из неорганических. Для этого они использовали энергию солнечного света. Возникла первая экологическая система, в которой эти организмы были производителями. В результате этого в атмосфере Земли появился кислород, выделяемый этими организмами. С его помощью можно из той же самой пищи получить гораздо больше энергии, а добавочную энергию использовать на усложнение строения тела: разделение тела на части.
Одно из важных достижений жизни — разделение ядра и цитоплазмы. В ядре находится наследственная информация. Специальная мембрана вокруг ядра позволила защитить от случайных повреждений. По мере необходимости цитоплазма получает из ядра команды, направляющие жизнедеятельность и развитие клетки.
Организмы, у которых ядро отделено от цитоплазмы, образовали надцарство ядерных (к ним относятся — растения, грибы, животные).
Таким образом, клетка — основа организации растений и животных — возникла и развилась в ходе биологической эволюции.
Даже не вооружённым глазом, а ещё лучше под лупой можно видеть, что мякоть зрелого арбуза состоит из очень мелких крупинок, или зёрнышек. Это клетки — мельчайшие «кирпичики», из которых состоят тела всех живых организмов, в том числе и растительных.
Жизнь растения осуществляется соединённой деятельностью его клеток, создающих единое целое. При многоклеточности частей растения существует физиологическое разграничение их функций, специализация различных клеток в зависимости от местоположения их в теле растения.
Растительная клетка отличается от животной тем, что имеет плотную оболочку, покрывающую внутреннее содержимое со всех сторон. Клетка не является плоской (как её принято изображать), она скорей всего похожа на очень маленький пузырёк, наполненный слизистым содержимым.
Строение и функции растительной клетки
Рассмотрим клетку как структурно-функциональную единицу организма. Снаружи клетка покрыта плотной клеточной стенкой, в которой имеются более тонкие участки — поры. Под ней находится очень тонкая плёнка — мембрана, покрывающая содержимое клетки — цитоплазму. В цитоплазме есть полости — вакуоли, заполненные клеточным соком. В центре клетки или около клеточной стенки расположено плотное тельце — ядро с ядрышком. От цитоплазмы ядро отделено ядерной оболочкой. По всей цитоплазме распределены мелкие тельца — пластиды.
Строение растительной клетки
Строение и функции органоидов растительной клетки
| Органоид | Рисунок | Описание | Функция | Особенности |
Клеточная стенка или плазматическая мембрана | Бесцветная, прозрачная и очень прочная | Пропускает в клетку и выпускает из клетки вещества. | Клеточная мембрана полупроницаемая |
|
Цитоплазма | Густое тягучее вещество | В ней располагаются все другие части клетки | Находится в постоянном движении |
|
Ядро (важная часть клетки) | Округлое или овальное | Обеспечивает передачу наследственных свойств дочерним клеткам при делении | Центральная часть клетки |
|
Сферической или неправильной формы | Принимает участие в синтезе белка | |||
 | Резервуар, отделённый от цитоплазмы мембраной. Содержит клеточный сок | Накапливаются запасные питательные вещества и продукты жизнедеятельности ненужные клетке. | По мере роста клетки мелкие вакуоли сливаются в одну большую (центральную) вакуоль |
|
Пластиды | Хлоропласты | Используют световую энергию солнца и создают органические из неорганических | Форма дисков, отграниченных от цитоплазмы двойной мембраной |
|
Хромопласты | Образуются в результате накопления каротиноидов | Жёлтые, оранжевые или бурые |
||
 | Лейкопласты | Бесцветные пластиды | ||
Ядерная оболочка | Состоит из двух мембран (наружная и внутренняя) с порами | Отграничивает ядро от цитоплазмы | Даёт возможность осуществляться обмену между ядром и цитоплазмой |
Живая часть клетки — это ограниченная мембраной, упорядоченная, структурированная система биополимеров и внутренних мембранных структур, участвующих в совокупности метаболических и энергетических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом.
Важной особенностью является то, что в клетке нет открытых мембран со свободными концами. Клеточные мембраны всегда ограничивают полости или участки, закрывая их со всех сторон.
Современная обобщенная схема растительной клетки
Плазмалемма (наружная клеточная мембрана) — ультрамикроскопическая плёнка толщиной 7,5 нм., состоящая из белков, фосфолипидов и воды. Это очень эластичная плёнка, хорошо смачивающаяся водой и быстро восстанавливающая целостность после повреждения. Имеет универсальное строение, т.е.типичное для всех биологических мембран. У растительных клеток снаружи от клеточной мембраны находится прочная, создающая внешнюю опору и поддерживающая форму клетки клеточная стенка. Она состоит из клетчатки (целлюлозы) — нерастворимого в воде полисахарида.
Плазмодесмы растительной клетки, представляют собой субмикроскопические канальцы, пронизывающие оболочки и выстланные плазматической мембраной, которая таким образом переходит из одной клетки в другую, не прерываясь. С их помощью происходит межклеточная циркуляция растворов, содержащих органические питательные вещества. По ним же идёт передача биопотенциалов и другой информации.
Порами называют отверстия во вторичной оболочке, где клетки разделяют лишь первичная оболочка и срединная пластинка. Участки первичной оболочки и срединную пластинку, разделяющие соседствующие поры смежных клеток, называют поровой мембраной или замыкающей пленкой поры. Замыкающую пленку поры пронизывают плазмодесменные канальцы, но сквозного отверстия в порах обычно не образуется. Поры облегчают транспорт воды и растворенных веществ от клетки к клетке. В стенках соседних клеток, как правило, одна против другой, образуются поры.
Клеточная оболочка имеет хорошо выраженную, относительно толстую оболочку полисахаридной природы. Оболочка растительной клетки продукт деятельности цитоплазмы. В её образовании активное участие принимает аппарат Гольджи и эндоплазматическая сеть.
Строение клеточной мембраны
Основу цитоплазмы составляет ее матрикс, или гиалоплазма, — сложная бесцветная, оптически прозрачная коллоидная система, способная к обратимым переходам из золя в гель. Важнейшая роль гиалоплазмы заключается в объединении всех клеточных структур в единую систему и обеспечении взаимодействия между ними в процессах клеточного метаболизма.
Гиалоплазма (или матрикс цитоплазмы) составляет внутреннюю среду клетки. Состоит из воды и различных биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов), из которых основную часть составляют белки различной химической и функциональной специфичности. В гиалоплазме содержатся также аминокислоты, моносахара, нуклеотиды и другие низкомолекулярные вещества.
Биополимеры образуют с водой коллоидную среду, которая в зависимости от условий может быть плотной (в форме геля) или более жидкой (в форме золя), как во всей цитоплазме, так и в отдельных ее участках. В гиалоплазме локализуются и взаимодействуют между собой и средой гиалоплазмы различные органеллы и включения. При этом расположение их чаще всего специфично для определенных типов клеток. Через билипидную мембрану гиалоплазма взаимодействует с внеклеточной средой. Следовательно, гиалоплазма является динамической средой и играет важную роль в функционировании отдельных органелл и жизнедеятельности клеток в целом.
Цитоплазматические образования – органеллы
Органеллы (органоиды) — структурные компоненты цитоплазмы. Они имеют определённую форму и размеры, являются обязательными цитоплазматическими структурами клетки. При их отсутствии или повреждении клетка обычно теряет способность к дальнейшему существованию. Многие из органоидов способны к делению и самовоспроизведению. Размеры их настолько малы, что их можно видеть только в электронный микроскоп.
Ядро
Ядро — самая заметная и обычно самая крупная органелла клетки. Оно впервые было подробно исследовано Робертом Броуном в 1831 году. Ядро обеспечивает важнейшие метаболические и генетические функции клетки. По форме оно достаточно изменчиво: может быть шаровидным, овальным, лопастным, линзовидным.
Ядро играет значительную роль в жизни клетки. Клетка, из которой удалили ядро, не выделяет более оболочку, перестаёт расти и синтезировать вещества. В ней усиливаются продукты распада и разрушения, вследствие этого она быстро погибает. Образование нового ядра из цитоплазмы не происходит. Новые ядра образуются только делением или дроблением старого.
Внутреннее содержимое ядра составляет кариолимфа (ядерный сок), заполняющая пространство между структурами ядра. В нём находится одно или несколько ядрышек, а также значительное количество молекул ДНК, соединённых со специфическими белками — гистонами.
Строение ядра
Ядрышко
Ядрышко — как и цитоплазма, содержит преимущественно РНК и специфические белки. Важнейшая его функция заключается в том, что в нём происходит формирование рибосом, которые осуществляют синтез белков в клетке.
Аппарат Гольджи
Аппарат Гольджи — органоид, имеющий универсальное распространение во всех разновидностях эукариотических клеток. Представляет собой многоярусную систему плоских мембранных мешочков, которые по периферии утолщаются и образуют пузырчатые отростки. Он чаще всего расположен вблизи ядра.
Аппарат Гольджи
В состав аппарата Гольджи обязательно входит система мелких пузырьков (везикул), которые отшнуровываются от утолщённых цистерн (диски) и располагаются по периферии этой структуры. Эти пузырьки играют роль внутриклеточной транспортной системы специфических секторных гранул, могут служить источником клеточных лизосом.
Функции аппарата Гольджи состоят также в накоплении, сепарации и выделении за пределы клетки с помощью пузырьков продуктов внутриклеточного синтеза, продуктов распада, токсических веществ. Продукты синтетической деятельности клетки, а также различные вещества, поступающие в клетку из окружающей среды по каналам эндоплазматической сети, транспортируются к аппарату Гольджи, накапливаются в этом органоиде, а затем в виде капелек или зёрен поступают в цитоплазму и либо используются самой клеткой, либо выводятся наружу. В растительных клетках Аппарат Гольджи содержит ферменты синтеза полисахаридов и сам полисахаридный материал, который используется для построения клеточной оболочки. Предполагают, что он участвует в образовании вакуолей. Аппарат Гольджи был назван так в честь итальянского учёного Камилло Гольджи, впервые обнаружившего его в 1897 году.
Лизосомы
Лизосомы представляют собой мелкие пузырьки, ограниченные мембраной основная функция которых — осуществление внутриклеточного пищеварения. Использование лизосомного аппарата происходит при прорастании семени растения (гидролиз запасных питательных веществ).
Строение лизосомы
Микротрубочки
Микротрубочки — мембранные, надмолекулярные структуры, состоящие из белковых глобул, расположенных спиральными или прямолинейными рядами. Микротрубочки выполняют преимущественно механическую (двигательную) функцию, обеспечивая подвижность и сокращаемость органоидов клетки. Располагаясь в цитоплазме, они придают клетке определённую форму и обеспечивают стабильность пространственного расположения органоидов. Микротрубочки способствуют перемещению органоидов в места, которые определяются физиологическими потребностями клетки. Значительное количество этих структур расположено в плазмалемме, вблизи клеточной оболочки, где они участвуют в формировании и ориентации целлюлозных микрофибрилл оболочек растительных клеток.
Строение микротрубочки
Вакуоль
Вакуоль — важнейшая составная часть растительных клеток. Она представляет собой своеобразную полость (резервуар) в массе цитоплазмы, заполненную водным раствором минеральных солей, аминокислот, органических кислот, пигментов, углеводов и отделённую от цитоплазмы вакуолярной мембраной — тонопластом.
Цитоплазма заполняет всю внутреннюю полость только у самых молодых растительных клеток. С ростом клетки существенно изменяется пространственное расположение вначале сплошной массы цитоплазмы: у неё появляются заполненные клеточным соком небольшие вакуоли, и вся масса становится ноздреватой. При дальнейшем росте клетки отдельные вакуоли сливаются, оттесняя к периферии прослойки цитоплазмы, в результате чего в сформированной клетке находится обычно одна большая вакуоль, а цитоплазма со всеми органеллами располагаются около оболочки.
Водорастворимые органические и минеральные соединения вакуолей обусловливают соответствующие осмотические свойства живых клеток. Этот раствор определённой концентрации является своеобразным осмотическим насосом для регулируемого проникновения в клетку и выделения из неё воды, ионов и молекул метаболитов.
В комплексе со слоем цитоплазмы и её мембранами, характеризующимися свойствами полупроницаемости, вакуоль образует эффективную осмотическую систему. Осмотически обусловленными являются такие показатели живых растительных клеток, как осмотический потенциал, сосущая сила и тургорное давление.
Строение вакуоли
Пластиды
Пластиды — самые крупные (после ядра) цитоплазматические органоиды, присущие только клеткам растительных организмов. Они не найдены только у грибов. Пластиды играют важную роль в обмене веществ. Они отделены от цитоплазмы двойной мембранной оболочкой, а некоторые их типы имеют хорошо развитую и упорядоченную систему внутренних мембран. Все пластиды едины по происхождению.
Хлоропласты — наиболее распространённые и наиболее функционально важные пластиды фотоавтотрофных организмов, которые осуществляют фотосинтетические процессы, приводящие в конечном итоге к образованию органических веществ и выделению свободного кислорода. Хлоропласты высших растений имеют сложное внутреннее строение.
Строение хлоропласта
Размеры хлоропластов у разных растений неодинаковы, но в среднем диаметр их составляет 4-6 мкм. Хлоропласты способны передвигаться под влиянием движения цитоплазмы. Кроме того, под воздействием освещения наблюдается активное передвижение хлоропластов амебовидного типа к источнику света.
Хлорофилл — основное вещество хлоропластов. Благодаря хлорофиллу зелёные растения способны использовать световую энергию.
Лейкопласты (бесцветные пластиды) представляют собой чётко обозначенные тельца цитоплазмы. Размеры их несколько меньше, чем размеры хлоропластов. Более и однообразна и их форма, приближающая к сферической.
Строение лейкопласта
Встречаются в клетках эпидермиса, клубнях, корневищах. При освещении очень быстро превращаются в хлоропласты с соответствующим изменением внутренней структуры. Лейкопласты содержат ферменты, с помощью которых из излишков глюкозы, образованной в процессе фотосинтеза, в них синтезируется крахмал, основная масса которого откладывается в запасающих тканях или органах (клубнях, корневищах, семенах) в виде крахмальных зёрен. У некоторых растений в лейкопластах откладываются жиры. Резервная функция лейкопластов изредка проявляется в образовании запасных белков в форме кристаллов или аморфных включений.
Хромопласты в большинстве случаев являются производными хлоропластов, изредка — лейкопластов.
Строение хромопласта
Созревание плодов шиповника, перца, помидоров сопровождается превращением хлоро- или лейкопластов клеток мякоти в каратиноидопласты. Последние содержат преимущественно жёлтые пластидные пигменты — каратиноиды, которые при созревании интенсивно синтезируются в них, образуя окрашенные липидные капли, твёрдые глобулы или кристаллы. Хлорофилл при этом разрушается.
Митохондрии
Митохондрии — органеллы, характерные для большинства клеток растений. Имеют изменчивую форму палочек, зёрнышек, нитей. Открыты в 1894 году Р. Альтманом с помощью светового микроскопа, а внутреннее строение было изучено позднее с помощью электронного.
Строение митохондрии
Митохондрии имеют двухмембранное строение. Внешняя мембрана гладкая, внутренняя образует различной формы выросты — трубочки в растительных клетках. Пространство внутри митохондрии заполнено полужидким содержимым (матриксом), куда входят ферменты, белки, липиды, соли кальция и магния, витамины, а также РНК, ДНК и рибосомы. Ферментативный комплекс митохондрий ускоряет работу сложного и взаимосвязанного механизма биохимических реакций, в результате которых образуется АТФ. В этих органеллах осуществляется обеспечение клеток энергией — преобразование энергии химических связей питательных веществ в макроэргиеские связи АТФ в процессе клеточного дыхания. Именно в митохондриях происходит ферментативное расщепление углеводов, жирных кислот, аминокислот с освобождением энергии и последующим превращением её в энергию АТФ. Накопленная энергия расходуется на ростовые процессы, на новые синтезы и т. д. Митохондрии размножаются делением и живут около 10 дней, после чего подвергаются разрушению.
Эндоплазматическая сеть
Эндоплазматическая сеть — сеть каналов, трубочек, пузырьков, цистерн, расположенных внутри цитоплазмы. Открыта в 1945 году английским учёным К. Портером, представляет собой систему мембран, имеющих ультрамикроскопическое строение.
Строение эндоплазматической сети
Вся сеть объединена в единое целое с наружной клеточной мембраной ядерной оболочки. Различают ЭПС гладкую и шероховатую, несущую на себе рибосомы. На мембранах гладкой ЭПС находятся ферментные системы, участвующие в жировом и углеводном обмене. Этот тип мембран преобладает в клетках семян, богатых запасными веществами (белками, углеводами, маслами), рибосомы прикрепляются к мембране гранулярной ЭПС, и во время синтеза белковой молекулы полипептидная цепочка с рибосомами погружается в канал ЭПС. Функции эндоплазматической сети очень разнообразны: транспорт веществ как внутри клетки, так и между соседними клетками; разделение клетки на отдельные секции, в которых одновременно проходят различные физиологические процессы и химические реакции.
Рибосомы
Рибосомы — немембранные клеточные органоиды. Каждая рибосома состоит из двух не одинаковых по размеру частичек и может делиться на два фрагмента, которые продолжают сохранять способность синтезировать белок после объединения в целую рибосому.
Строение рибосомы
Рибосомы синтезируются в ядре, затем покидают его, переходя в цитоплазму, где прикрепляются к наружной поверхности мембран эндоплазматической сети или располагаются свободно. В зависимости от типа синтезируемого белка рибосомы могут функционировать по одиночке или объединяться в комплексы — полирибосомы.
Исторические открытия
1609 - изготовлен первый микроскоп (Г. Галилей)
1665 - обнаружена клеточная структура пробковой ткани (Р. Гук)
1674 - открыты бактерии и простейшие (А. Левенгук)
1676 - описаны пластиды и хроматофоры (А. Левенгук)
1831 - открыто клеточное ядро (Р. Броун)
1839 - сформулирована клеточная теория (Т. Шванн, М. Шлейден)
1858- сформулировано положение "Каждая клетка из клетки" (Р. Вирхов)
1873 - открыты хромосомы (Ф. Шнейдер)
1892 - открыты вирусы (Д. И. Ивановский)
1931 - сконструирован электронный микроскоп (Е. Руске, М.Кноль)
1945 - открыта эндоплазматическая сеть (К. Портер)
1955 - открыты рибосомы (Дж. Палладе)
Раздел:Учение о клетке
Тема: Клеточная теория. Прокариоты и эукариоты
Клетка (лат."цкллюла" и греч. "цитос") - элементарная жи вая система, основная структурная единица растительных и животных организмов, способная к самовозобнавлению, саморегуляции и самовоспроизведению. Открыта английский ученым Р. Гуком в 1663г., им же предложена этот термин. Клетка эукариотов представлена двумя системами - цитоплазмой и ядром. Цитоплазма состоит из различных органелл, которые можно классифицировать на: двухмембраные - митохондрии и пластиды; и одномембранные - эндоплазматическая сеть (ЭПС), Аппарат Гольджи, плазмалемма, тонопласты, сферосомы, лизосомы; немембранные - рибосомы, центросомы, гиалоплазма. Ядро состоит из ядерной оболочки (двухмембранной) и немембранных структур - хромосом, ядрышка и ядерного сока. Кроме того, в клетках имются различные включения.
КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ:
Создатель этой теории - немецкий ученый Т. Шванн, который опираясь на работы М. Шлейдена, Л. Окена, в
1838 -1839 гг. с
формулировал следующие положения:
- все организмы растений и животных состоят из клеток
- каждая клетка функционирует независимо от других, но вместе со всеми
- все клетки возникают из безструктурного вещества неживой материи.
4. все клетки возникают только из клеток путем их деления.
СОВРЕМЕННАЯ КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ:
- клеточная организация возникла на заре жизни и прошла длительный путь эволюции от прокариотов до эукариотов, от предклеточных организмов до одно- и многоклеточных.
- новые клетки образуются путем деления от ранее существовавших
- клетка является микроскопическо й живой системой, состоящей из цитоплазмы и ядра, окруженных мембраной(за исключением прокариотов)
- в клетке осуществляются:
- метаболизм - обмен веществ;
- обратимые физиологические процессы - дыхание, поступление и выделение веществ, раздражимость, движение;
- необратимые процессы - рост и развитие.
Эукароты
(ядерные) также составляют надцарство. Оно объединяет царства грибы, животные, растения.
Особенности строения прокариотической и эукариотической клетки.
Наличие ядрышка Имеются
Признак прокариоты эукариоты
1 особенности строения
Наличие ядра
обособленного ядра нет
морфологически обособленное ядро, отделенное от цитоплазмы двойной мембраной
Число хромосом и их строение
у бактерий - одна кольцевая хромосома, прикрепленная к мезосоме - двухцепочечная ДНК не связанная с белками- гистонами. У цианобактерий - несколько хромосом в центре цитоплазмы
Определенное для каждого вида. Хромосомы линейные, двухцепочная ДНК связана с белками-гистонами
Плазмиды имеются
отсутствуют
имеются у митохондрий и пластид
Рибосомы
мельче чем у эукариотов. Распределены по цитоплазме. Обычно свободные, но могут быть связаны с мембранными структурами. Составляют до 40% массы клетки
крупные, находятся в цитоплазме в свободном состоянии или связаны с мембранами эндоплазматического ретикулюма. В пластидах и митохондриях тоже содержатся рибосомы.
Одномембранны замкнутые органеллы
отсутствуют. их функции выполняют выросты клеточной мембраны
Многочисленны: эндоплазматический ретикулюм, аппарат Гольджи, вакуоли, лизосомы т.д.
Двухмембранные органеллы
Отсут
ств
уют
Митохондрии - у всех эукариотов; пластиды - у растений
Клеточный центр
Отсутствует
Имеется в клетках животных, грибов; у растений - в клетках водорослей и мхов
Мезосома
Имеется у бактерий. Участвует в деление клетки и метаболизме.
Отсутствует
Клеточная стенка
У бактерий содержит муреин, у цианобактерий - целлюлозу, пектиновые вещества, немного муреина
У растений - целлюлозная, у грибов - хитиновая, у животных клеток клеточной стенки нет
Капсула или слизистый слой
Имеется у некоторых бактерий
Отсутствует
Жгутики
простого строения, не содержат микротрубочек. Диаметр 20 нм
Сложного строения, содержат микротрубочки (подобные микротрубочкам центриолей) Диаметр 200 нм
Размер клеток
Диаметр 0,5 - 5 мкм
Диаметр обычно до 50мкм. Объем может превышать объем прокариотической клетки более чем в тысячу раз.
2. Особенности жизнедеятельности клетки
Движение цитоплазмы
Отсутствует
Наблюдается часто
Аэробное клеточное дыхание
У бактерий - в мезосомах; у цианобактерий - на цитоплазматических мембранах
Происходит в митохондриях
Фотосинтез
Хлоропластов нет. Происходит на мембранах, не имеющих специфические формы
В хлоропластах, содержащих специальные мембраны, собранные в граны
Фагоцитоз и пиноцитоз
Отсутствует (невозможен из - за наичия жесткой клеточной стенки)
Свойствен клеткам животных, у растений и грибов отсутствует
Спорообразование
Часть представителей способна образовывать споры из клетки. Они предназначены только для перенесения неблагоприятных условий среды, поскольку имеют толстую стенку
Спорообразование свойственно растениям и грибам. Споры предназначены для размножения
Способы деления клетки
Равновеликое бинарное поперечное деление, редко - почкование (почкующиеся бактерии). Митоз и мейоз отсутствуют
Митоз, мейоз, амитоз
Тема: Строение и функции клетки
Растительная клетка: Животная клетка :
Строение клетки. Структурная система цитоплазмы
| Органеллы | Строение
| Функции |
| Наружная клеточная мембрана | ультромикроскопическая пленка, состоящая из бимолекулярного слоя липидов. Цельность липидного слоя может прерываться белковыми молекулами - порами. Кроме того, белки лежат мозаично по обе стороны мембраны, образуя ферментные системы. | изолирует клетку
от окружающей среды, обладает избирательной проницаемостью,
регулирует процесс поступления веществ в клетку; обеспечивает обмен веществ и энергии с внешней средой, способствует соединению клеток в ткани, участвует в пиноцитозе и фагоцитозе; регулирует водный баланс клетки и выводит из нее конечные продукты жизнедеятельности.
|
| Эндоплазматичкская сеть ЭПС
| Ультрамикроскопическая система мембран, об
разующих трубочки, канальцы, цистерны пузырьки
. Строение мембран универсальное, вся сеть объединена в единое целое с наружной мембраной ядерной оболочки и наружной клеточной мембраной. Гранулярная ЭПС несет рибосомы, гладкая лишена их. | Обеспечивает транспорт веществ как внутри клетки, так и между соседними клетками.
Делит клетку на отдельные секции, в которых одновременно происходят различные физиологические процессы и химические реакции. Гранулярная ЭПС участвует в синтезе белка. В каналах ЭПС молекулы белка приобретают вторичную, третичную и четвертичную структуры, синтезируются жиры, транспортируется АТФ
|
| Митохондрии | Микроскопические органеллы, имеющие двухмембраное строение. Внешняя мембрана гладкая, внутренняя - обра
зует различной формы выросты - кристы. В матриксе митохондрий (полужидкое вещество) находятся ферменты, рибосомы, ДНК, РНК. Размножаются делением. | Универсальная органелла, являющаяся дыхательным и энергетическим центром. В процессе кислородного этапа диссимиляции в матриксе с помощью ферментов происходит расщеплении органических веществ с освобождением энергии, которая идет на синтез
АТФ (на кристах)
|
| Рибосомы | Ультрамикроскопические органеллы округлой или грибовидной формы, состоящие из двух частей- субъединиц. Они не имеют мембранного строения и состоят из белка и рРНК. Субъединицы образуются в ядрышке. Объединяются вдоль молекул иРНК в цепочки -полирибосомы - в цитоплазме | Универсальные органеллы всех клеток животных и растений. Находятся в цитоплазме в свободном состоянии или на мембранах ЭПС; кроме того, содержаться в митохондриях и хлоропластах. В рибосомах синтезируются белки по принципу матричного синтеза; образуется полипептидная цепочка - первичная структура молекулы белка. |
| Лейкопласты
| Микроскопические органеллы, имеющие двухмембранное строение. Внутренняя мембрана образует 2-3 выроста Форма округлая. Бесцветны. Как и все пластиды, способны к делению. | Характерны для растительных клеток. Служат местом отложения запасных питательных веществ, главным образом крахмальных зерен. На свету их строение усложняется и они преобразуют в хлоропласты. Образуются из пропластид. |
| Аппарат Гольджи (диктиосома)
| микроскопические одномембранные органеллы, состоящие из стопочки плоских цистерн, по кроям которых ответвляются трубочки, отделяющие мелкие пузырьки. Имеет два полюса: строительный и секреторный | наиболее подвижная и изменяющаяся органелла. В цистернах накапливаются продукты синтеза, распада и вещества, поступившие в клетку, а так же вещества, которые выводятся из клетки. Упакованные в пузырьки, они поступают в цитоплазму. в растительной клетке участвуют в построении клеточной стенки. |
| Хлоропласты
| Микроскопические органеллы, имеющие двухмембранное строение. Наружная мембрана гладкая. Вн
утренняя мембрана образует систему двухслойных пластин - тилакоидов стромы и тилакоидов гран. В мембранах тилакоидов гран между слоями молекул белков и липидов сосредоточены пигменты - хлорофилл и каротиноиды. В белково - липидном матриксе находятся собственные рибосомы, ДНК, РНК. Форма хлоропластов чечевицеобразная. Окраска зеленая. | Характерны для растительных клеток. Органеллы фотосинтеза, способные создавать из неорганических веществ (СО2 и Н2О) при наличии световой энергии и пигмента хлорофилла органические вещества - углеводы и свободный кислород. Синетз собственных белков. Могут образовываться из пропластид или лейкопластов, а осенью преобразоваться в хромопласты (красные и оранжевые плоды, красные и желтые листья). Способны к делению.
|
| Хромопласты
| Микр-ие органеллы, имеющие двухмембранное строение. Собственно хромопласты имеют шаровидную форму, а образовавшиеся из хлоропластов принимают форму крис
таллов каротиноидов, типичную для данного вида растения. Окраска красная. оранжевая, желтая | Характерны для растительных клеток. Придают лепесткам цветков окраску, привлекательную для насекомых - опылителей. В осенних листьях и зрелых плодах, отделяющихся от растения, содержатся кристаллические каротиноиды - конечные продукты обмена |
| Лизосомы | Микроскопические одномембраные органеллы округлой формы. их число зависит от жизнедеятельности клетки и ее физиологиче ского состояния. в лизосомах находится лизируещее (растворяющее) ферменты, синтезированные на рибосомах. обособляются от диктисом в виде пузырьков | Переваривание пищи, попавшей в животную клетку при фагоцитозе. защитная функция. в клетках любых организмов осуществляют автолиз(саморастворение органелл), особенно в условиях пищегого или кислородного голодания. у растений органеллы растворяются при образовании пробковой ткани, сосудов, древесины, волокон. |
| Клеточный центр (Центросома)
| Ультромикроскопическая органелла немембраного с
троения. состоит из двух
центриолей. каждая имеет цилиндрическую форму, стенки образованы
девятью триплетами трубочек, а в середине
находится однородное вещество. центриоли расположены перпендикулярно
друг другу. | Принимает участие в деление клеток животных и низших растений. в начале деления центриоли расходятся к разным полюсам клетки. от центриолей к центромерам хромосом отходят нити веретена деления. в анафазе эти нити притягиваются хроматидами к полюсам. после окончания деления центриоли остаются в дочерних клетках, удваиваются и образуют клеточный центр. |
| Органоиды движения
| реснички - многочисленные цитоплазматические выросты на поверхности мембраны жгутики - еди ничные цитоплазматические выросты на поверхности клеткиложные ножки (псевдоподии)- амебовидные выступы цитоплазмы миофибриллы - тонкие нити длиной 1 см и более цитоплазма осуществляющая струйчатое и круговое движение | удаление частичек пыли. передвижение передвижение образуются у одноклеточных животных в разных местах цитоплазмы для захвата пищи, для передвижения. Характерны для лейкоцитов крови, а так же клеток энтодермы кишечнополостных. служат для сокращения мышечных волокон перемещение органелл клетки по отношению к источнику света, тепла, химического раздражителя. |
Клетка - это структурно-функциональная единица живого организма, способная к делению и обмену с окружающей средой. Она осуществляет передачу генетической информации путем самовоспроизведения.
Каждая клетка имеет сложное строение и представляет собой систему биополимеров, содержит ядро, цитоплазму и находящиеся в ней органеллы. От внешней среды клетка отграничивается клеточной оболочкой - плазмалеммой (толщина 9-10 мм), которая осуществляет транспорт необходимых веществ в клетку, и наоборот, взаимодействует с соседними клетками и межклеточным веществом. Внутри клетки находится ядро, в котором происходит синтез белка, оно хранит генетическую информацию в виде ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). Ядро может иметь округлую или овоидную форму, но в плоских клетках оно несколько сплющенное, а в лейкоцитах палочковидное или бобовидное. В эритроцитах и тромбоцитах оно отсутствует. Сверху ядро покрыто ядерной оболочкой, которая представлена внешней и внутренней мембраной. В ядре находится нуклеошазма, которая представляет собой гелеобразное вещество и содержит хроматин и ядрышко.
Ядро окружает цитоплазма, в состав которой входят гиалоплазма, органеллы и включения. Гиалоплазма - это основное вещество цитоплазмы, она участвует в обменных процессах клетки, содержит белки, полисахариды, нуклеиновую кислоту и др.
Постоянные части клетки, которые имеют определенную структуру и выполняют биохимические функции, называются органеллами. К ним относятся клеточный центр, митохондрии, комплекс Гольджи, эндоплазматическая (ци-топлазматическая) сеть.
Клеточный центр обычно находится около ядра или комплекса Гольджи, состоит из двух плотных образований - центриолей, которые входят в состав веретена движущейся клетки и образуют реснички и жгутики.
Митохондрии имеют форму зерен, нитей, палочек, формируются из двух мембран - внутренней и внешней. Длина митохондрии колеблется от 1 до 15 мкм, диаметр - от 0,2 до 1,0 мкм. Внутренняя мембрана образует складки (кристы), в которых располагаются ферменты. В митохондриях происходят расщепление глюкозы, аминокислот, окислении жирных кислот, образование АТФ (аденозинтрифосфорнай кислота) - основного энергетического материала.
Комплекс Гольджи (внутриклеточный сетчатый аппарат) имеет вид пузырьков, пластинок, трубочек, расположенных вокруг ядра. Его функция состоит в транспорте веществ, химической их обработке и выведении за пределы клетки продуктов ее жизнедеятельности.
Эндоплазматическая (цитоплазматическая) сеть формируется из агранулярной (гладкой) и гранулярной (зернистой) сети. Агранулярная Эндоплазматическая сеть образуется преимущественно мелкими цистернами и трубочками диаметром 50-100 нм, которые участвуют в обмене липидов и полисахаридов. Гранулярная Эндоплазматическая сеть состоит из пластинок, трубочек, цистерн, к стенкам которых прилегают мелкие образования - рибосомы, синтезирующие белки.
Цитоплазма также имеет постоянные скопления отдельных веществ, которые называются включениями цитоплазмы и имеют белковую, жировую и пигментную природу.
Клетка как часть многоклеточного организма выполняет основные функции: усвоение поступающих веществ и расщепление их с образованием энергии, необходимой для поддержания жизнедеятельности организма. Клетки обладают также раздражимостью (двигательные реакции) и способны размножаться делением. Деление клеток бывает непрямое (митоз) и редукционное (мейоз).
Митоз - самая распространенная форма клеточного деления. Он состоит из нескольких этапов - профазы, метафазы, анафазы и телофазы. Простое (или прямое) деление клеток - амитоз - встречается редко, в тех случаях, когда клетка делится на равные или неравные части. Мейоз - форма ядерного деления, при котором количество хромосом в оплодотворенной клетке уменьшается вдвое и наблюдается перестройка генного аппарата клетки. Период от одного деления клетки к другому называется ее жизненным циклом.
