Строение клетки

Клетки всех живых организмов по структурно-функциональным особенностям можно поделить на две большие группы: эукариотные и прокаріотичні. Структурными компонентами еукаріотичних клеток является плазматическая мембрана, цитоплазма, клеточные органеллы, ядро. Прокаріотичні клетки не имеют ядра и некоторых органелл (митохондрий, эндоплазматического ретикулума, аппарата Голги).
Плазматическая мембрана (плазмалема) окружает клетку, определяет ее размеры, форму и выполняет следующие функции: барьерная (защитная) - обеспечивает асимметричное распределение веществ между внутриклеточным и внеклеточным средами; транспортная - определяет избирательное поступление молекул в клетку и из клетки; рецепторная - улавливает и усиливает сигналы, закодированные в химической структуре гормонов, медиаторов; коммуникативная - осуществляет контакт соседних клеток между собой и с внеклеточной жидкостью.

Все биологические мембраны представляют собой комплекс липидных и белковых молекул, которые соединяются вместе с помощью нековалентных взаимодействий. Молекулы фосфолипидов образуют непрерывный двойной слой толщиной 4-5 нм. Полярные головки фосфолипидов в липидном бішарі ориентированы наружу и контактируют с молекулами воды, а неполярные (гидрофобные) хвосты жирных кислот направлены друг к другу. В липидную матрицу погружены многочисленные белковые молекулы. Белки, которые насквозь пронизывают двойной, называют интегральными (трансмембранными), а мембраны, что находятся на внешней или внутренней поверхности, - периферическими.

Цитоплазма - часть клетки, помещена между плазматичною мембраной и ядром. В цитоплазму погружены клеточные органеллы и различные непостоянные структуры - включения. Часть цитоплазмы, которая содержится между органелами и является сложной коллоидной системой, часто называют цитозолем. В цитозоле находятся углеводы, липиды, РНК, АТФ, органические кислоты, многочисленные белковые молекулы. Некоторые белки образуют трехмерную сетку - цитоскелет, связанный с плазмалемою, ядром и органелами.
Основные функции цитоплазмы: коммуникативная - обеспечивает связь различных частей клетки (компартментов) между собой; гомеостатическая - поддерживает постоянство химического состава и физических свойств внутри клетки; транспортная - обеспечивает перенос биомолекул между органелами.
Клеточные включения - компоненты цитоплазмы, которые представляют собой отложения веществ, временно выведенных из метаболизма, или конечных продуктов метаболизма. Самые распространенные включения - липидные капли, состоящие из нерастворимых в воде молекул жиров, и гранулы гликогена, каждая из которых является единственной очень разветвленной молекулой. В растительных клетках часто встречаются крахмальные зерна и кристаллы Кальция оксалата.
Эндоплазматический ретикулум (эндоплазматическая сеть) (ЭПР) - система мелких вакуолей и канальцев, соединенных друг с другом и отделенных от цитозоля одной мембраной. Мембрана ЭПР имеет многочисленные складки, изгибы и создает одну непрерывную поверхность, которая окружает единую замкнутую полость - полость ЭПР. Мембрана ЭПР переходит в наружную ядерную мембрану, составляя с ней одно целое. Различают шероховатый (гранулярный) и гладкий (агранулярний) виды ЭПР.

Шероховатый ЭПР покрыт рибосомами, расположенными на возвращенном к цитоплазмы стороне мембраны. Его основная функция - участие в синтезе белка. Кроме этого, шероховатый ЭПР необходим для транспорта макромолекул в разные участки клетки (лизосомы, аппарат Голги), посттрансляционных модификаций белков, синтеза структурных компонентов клеточных мембран. Гладкий ЭПР можно рассматривать как свободную от рибосом участок шероховатого ЭПР. Он принимает участие в завершающих этапах синтеза липидов и некоторых внутриклеточных полисахаридов.
Аппарат (комплекс) Голги (АГ) - это группа мембранных мешочков - цистерн, связанных с системой пузырьков (везикул Голги), локализованных около клеточного ядра.

Основная функция АГ - транспорт веществ и химические превращения клеточных полимеров. С ЭПР в АГ транспортируются вещества, предназначенные для секреции. Здесь они модифицируются и выводятся с пупырышками Голги путем экзоцитоза. Иногда АГ участвует в транспорте липидов. Во время пищеварения липиды расщепляются на глицерин и жирные кислоты, которые всасываются в тонком кишечнике. После этого в гладком ЭПР липиды ресинтезуються из их предшественников. Далее они покрываются белковой оболочкой и через АГ покидают клетку. АГ также выполняет следующие функции: синтез гликопротеинов; депонирование веществ и их перераспределение между различными участками клетки; формирование лизосом, в которых неактивные ферменты превращаются в активные.
Лизосомы - округлые одномембранні мешочки, наполненные пищеварительными ферментами, которые осуществляют расщепление белков, углеводов, нуклеиновых кислот, липидов на аминокислоты, моносахариды, нуклеотиды, глицерин и жирные кислоты.
Лизосомальные ферменты синтезируются на шероховатой ЭПР и транспортируются по его каналам к АГ. Позже от АГ ответвляются пузырьки, которые превращаются в лизосомы. Такие выходные лизосомы сливаются с вакуолями, которые образовались в процессе эндоцитозу. При этом формируется вторичная лізосома. Лизосомальные ферменты переваривают содержимое вакуоли, а непереваренные остатки выводятся путем экзоцитоза. У многоклеточных организмов неутилизированных отходы могут не выводиться из клетки, а собираться в остаточных тельцах - особом виде клеточных включений.
Рибосомы - органеллы, которые обеспечивают синтез белка. Рибосомы состоят из двух субъединиц: большой и малой.
Каждая субъединица представляет собой сложный комплекс из многих белков и молекул рибосомальної РНК (рРНК). При взаимодействии субъединиц с молекулой іРНК происходит их сбор с образованием функциональной рибосомы. После этого начинается синтез белка - трансляция. В цитоплазме клетки рибосомы могут располагаться свободно или быть прикрепленными к внешней поверхности мембраны шероховатого ЭПР. Они могут объединяться в комплексы - полірибосоми (полісоми). Кроме цитоплазмы, рибосомы содержатся также в хлоропластах и митохондриях.

Митохондрии - органеллы, основная функция которых заключается в обеспечении клеток энергией. Форма и размеры митохондрий очень разнообразны, они определяются типом метаболизма и функциональными особенностями клетки. Количество митохондрий в клетке варьирует от одной до десятков тысяч.

Митохондрия состоит из внешней и внутренней мембран, между которыми есть міжмембранний пространство, и внутреннего содержимого - митохондриального матрикса.
Внешняя мембрана митохондрий гладкая. Она имеет высокую проницаемость для многих молекул, находящихся в цитозоле (в частности для небольших белков), поэтому по химическому составу міжмембранний пространство не отличается от цитоплазматического. Внутренняя мембрана митохондрий образует многочисленные складки, или углубление - кристы, которые значительно увеличивают площадь ее поверхности. Мембрана практически непроницаема для белков, полисахаридов и многих ионов. Во внутреннюю мембрану встроены ферменты дыхательной цепи, обеспечивающие синтез АТФ. Здесь также находятся белки, которые отвечают за транспорт в матрикс молекул пировиноградной кислоты, ионов , .
Матрикс представляет собой коллоидную систему, в которой содержатся кольцевые молекулы ДНК и ферментные системы, обеспечивающие их репликацию и транскрипцию; различные виды РНК (тРНК, іРНК); рибосомы, отличающиеся от рибосом цитоплазмы; метаболические ферменты.
Большинство белков, обеспечивающих функцию митохондрий кодируются ядерной ДНК и доставляются в матрикс из цитоплазмы. В мітохондріальному матриксе содержатся ферменты, обеспечивающие прохождение многочисленных биохимических процессов.
Клеточный центр (центросома) определяет ориентацию веретена деления и расхождение хромосом к полюсам клетки во время митоза или мейоза. Кроме того, он участвует в формировании органоидов движения - жгутиков и ресничек.

Конечно клеточный центр находится вблизи ядра животных клеток. Он состоит из двух расположенных под прямым углом друг к другу центріолей. Каждая центріоль - это цилиндр длиной 0,3 мкм и диаметром 0,1 мкм, стенка которого образована девятью группами белковых микротрубочек. Центріолі окружены аморфным пространством (облаком) из белков, углеводов и небольшого количества липидов, что играет важную роль в прикреплении ниточек веретена деления. Важной особенностью центріолей является их способность к автономному размножению, которое не зависит от деления клетки. Большинство клеток растений не содержат центріолей, и трубочки веретена деления укроп-ляться к мембран ЭПР.
Псевдоподії (ложные ножки) образуются путем изгиба плазматической мембраны. Среди свободноживущих одноклеточных организмов псевдоподії имеет амеба. Они есть также у лейкоцитов млекопитающих.
Жгутики (у растений и животных) и реснички (у животных) имеют похожее строение - несколько (чаще 11) микротрубочек, способных сокращаться, и отличаются друг от друга только длиной.

Извне микротрубочки покрытые мембраной - продолжением плазмалеммы. Главная функция этих органелл заключается в передвижении клеток или в продвижении вдоль клеток жидкости, которая окружает их, и частиц.
Ядро - органела всех еукаріотичних клеток, которая несет наследственную информацию, заложенную в молекуле ДНК. Воспроизведения и считывания этой информации осуществляется с помощью специфических ядерных ферментов. Жидкое содержимое ядра - «ядерный сок (нуклеоплазма) отделен от цитозоля ядерной оболочкой. Ядерная оболочка образована двумя мембранами - внешней и внутренней, и пронизана ядерными порами. Внешняя мембрана с одной стороны переходит в мембраны ЭПР, а с другой (по краям ядерных пор) - во внутреннюю мембрану. Через ядерную мембрану происходит обмен различными органическими молекулами (белки, іРНК) и надмолекулярними комплексами (суб-единицы рибосом) между нуклеоплазмою и цитозолем.
В нуклеоплазме содержатся: хроматин - молекулы ДНК, связанные с белками (гістонами); одно или несколько ядер - округлых структур, в которых происходит синтез рРНК, ее упаковка и начальные этапы сбора рибосомальных субъединиц; ферментные системы, обеспечивающие репликацию, транскрипцию и репарацию ДНК.

К органеллам, типичных для растительной клетки, относятся вакуоли и пластиди.
Вакуоля может занимать до 90 % объема клетки, ее основными функциями являются: поддержка тургора - внутреннего давления клетки, и складирование продуктов жизнедеятельности клетки. Клеточный сок, что наполняет ее, - это водный раствор, который имеет слабокислую или нейтральную реакцию. Важнейшими для жизнедеятельности клетки пластидами есть хлоропласты, содержащие зеленый фотосинтезуючий пигмент хлорофилл. Они встречаются, как правило, во всех освещенных частях растения.

Хлоропласты относятся к двомембранних органелл, внутренняя вещество хлоропласта называется стромой. Их внутренняя мембрана образует упорядоченную систему полостей дискообразной формы, которые называют тилакоїдами, тилакоїди собраны в стопки - граны.

Лейкопласты представляют собой бесцветные пластиди, расположенные, как правило, в скрытых от солнечного света частях растения. Внутренняя структура лейкопласту развита слабо, основной функцией является запасание питательных веществ, крахмала, жиров, белков. Хромопласти - пластиди, которые содержат различные красящие пигменты, относящиеся к группе каротиноидов. Располагаются в окрашенных частях растения, лишенные хлорофилла, внутренняя мембранная система не развита.
Характерной особенностью пластид является их способность превращаться друг на друга.