Эксперт по сдаче вступительных испытаний в ВУЗах
Клетка — это структурная единица живых организмов, представляет собой определенным образом дифференцированную участок цитоплазмы, окруженную клеточной мембраной. Клетки существуют как самостоятельные организмы (бактерии, простейшие, водоросли, низшие грибы) или в составе тела многоклеточных животных, растений, грибов. Клетка – структурно-функциональная единица живого организма. Это элементарная живая система, которая способна к самовоспроизведению. Клетка лежит в основе строения и развития всех организмов, это мелкая часть организма, наделенная его признаками. Клетки живых организмов отличаются по форме, размеру, особенностями организации и функциями.
Большинство клеток имеют размеры от 10 до 100 мкм. Клетки, из которых состоит новый организм, не являются идентичными, однако все они построены по единому принципу, что свидетельствует об общности происхождения живых организмов.
Клетка состоит из трех основных частей: ядра, цитоплазмы и оболочки.
Цитоплазма отделена от внешней среды или от соседних клеток клеточной оболочкой (плазмалемме). Цитоплазма, в свою очередь, состоит из гиалоплазмы и организованных структур, к которым относятся органеллы и включения. Органеллы — постоянные клетке структуры. Каждая из органелл выполняет определенные функции, обеспечивая те или иные процессы жизнедеятельности клетки (питание, движение).
Особенности строения той или иной органеллы тесно связаны с выполняемыми ею функциями. В отличие от органелл, включения — непостоянные структуры, то есть могут появляться в процессе жизнедеятельности клетки, исчезают и снова образовываться. Это части запасные соединения или конечные продукты обмена веществ в виде капель, зерен. В зависимости от уровня организации клеток организмы делятся на прокариот и эукариот.
К одномембранным органеллам клетки относятся: эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, различные типы вакуолей.
В клетках эукариот является покрытые двойной мембраной органеллы — митохондрии и пластиды. Они содержат собственные ДНК и белоксинтезирующий аппарат и размножаются делением, то есть имеют определенную автономию в клетке.
Создание клеточной теории — важнейшее событие в биологии, один из решающих доказательств единства всей живой природы. Возникновение цитологии связано с созданием клеточной теории — наиболее широкого и фундаментального из всех биологических обобщений. Сформировал ее немецкий зоолог Т. Шванн в 1838, опираясь на труды немецкого ботаника М. Шлейдена. Эту теорию позже дополнил немецкий ученый Р. Вирхов и российский ученый К. Бэр.
Основные положения клеточной теории
- Клетка — основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица всего живого.
- Клетки всех одно и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ.
- Клетки размножаются делением, и каждая новая клетка образуется в результате деления материнской клетки.
- Клетки являются частями целостного организма. В многоклеточных организмов клетки являются элементами его строения, но они не одинаковы, а разные, специализированные в определенных направлениях, в результате чего выполняют разные функции.
Цитоплазма составляет основную массу клетки — это весь его внутренний содержание, исключением ядра. Содержит 75-85% воды, 15-25% белков и много других веществ, но в меньших количествах.
В современной цитологии в составе цитоплазмы выделяют: цитозоль; цитоскелет.
Циклоз. Цитоплазма находится в постоянном движении, чем обеспечивается транспорт веществ к разным участкам клетки. Движение цитоплазмы обеспечивает структурную организацию живой клетки, ее энергетический обмен, ведет к сбалансированному распространению предшественников биосинтеза, продуктов биогенеза, влияет на мембранные потоки. Движение цитоплазмы происходит путем колебания, струйной направления, кругового движения, фонтанирующего движения и др.
Цитозоль — это бесструктурный цитоплазматический матрикс или жидкая частьцитоплазмы, которая находится вокруг клеточных компартментов, образованных внутренними мембранами.
На долю цитозоля приходится около 55% общего объема клетки. В нем в растворенном состоянии находятся все мономеры, которые необходимы для синтеза биополимеров.
Около 20% массы цитозоля приходится на белки. Кроме того, здесь есть нуклеиновые кислоты, моносахариды и другие необходимые клетке вещества. Цитозоль сохраняет запасы жира в виде капель диаметром 0,2-5 мкм. Цитозоль содержит гранулы крахмала, покрытые специальными ферментами, которые могут его синтезировать и расщеплять.
Исследования последних лет установили, что цитозоль пронизан сложной сеткой различных трубочек, которые образуют внутренний скелет клеток.
Цитоскелет — это система внутриклеточных трубочек, которая играет важную роль в поддержании формы клетки, в фиксации мембранных белков, в делении клетки, при транспортировке веществ, особенно везикул.
Особенности строения и функционирования цитоскелета известны мало, ведь его очень трудно выделить в неповрежденном состоянии. Установлено, что компоненты цитоскелета не имеют мембран. К их химическому составу не входят фосфолипиды. Выяснено, что большую роль в построении цитоскелета играют сократительные белки актин и миозин (они также являются основными компонентами мышц у животных). Другой белок цитоскелета – кератин — является составной частью волос и шерсти. В состав цитоскелета входит также белок тубулин. Все эти белки относятся к классу фибриллярных.
В зависимости от размеров, в строении цитоскелета различают два основных типа трубочек:
— филаменты — белковые нити различного диаметра и состава;
— микротрубочки — белковые нити с фиксированным диаметром, собраны в пучки с постоянной количеством.
Филаменты различаются как по химическому составу, так и по размерам. Их разделяют на три группы:
- тонкие филаменты — состоят из актина, диаметр около 5 нм. такой размер находится на грани различая способности электронного микроскопа;
- толстые филаменты — состоят из миозина, диаметр — 15 нм;
- смешанные филаменты — имеют разный химический состав. Например, цитокератин эпителиальных клеток, нейрофиламенты нервных клеток.
Функции цитоскелета
- Поддержка объема и формы клеток. Основную роль в этом играет фибриллярная сетка, покрывающая изнутри мембрану (кортекс). Эта сетка специальным белком (Онкерин) прикреплена к цитолеммы. К этой сетки присоединены нити микрофиламентов и микротрубочек, в значительной мере стабилизирует форму клетки.
- Изменение формы клеток. Система белковых фибрилл способна к сокращению или растяжения. За счет этого может происходить изменение формы клеток (например, формирования псевдоподий в лейкоцитах).
- Образование мультиферментных компонентов. В местах переплетения нескольких фибрилл цитоскелета создаются благоприятные условия для размещения комплекса ферментативных белков. Это обеспечивает структурное единство ферментов и определенный метаболический процесс.
- Образование веретена деления во время митоза. Веретено деления образовано сеткой микротрубочек, что «собираются» с участием центриоль и четко упорядочено располагаются в цитозоле.
- Образование ворсинок и жгутиков у простейших.
- Обеспечение сократительной функции мышечных волокон. Актиновые филаменты являются одной из главных частей сократительного актиномиозиновий комплекса.
Включение — это непостоянные структуры клетки, которые появляются в ней и исчезают в процессе метаболизма. Различают трофические, секреторные, экскреторных и пигментные включения.
Группа трофических включений объединяет углеводороды, липидные и белковые включения.
Наиболее распространенным представителем углеводных включений является гликоген – полимер глюкозы. Липидными включениями наиболее богаты клетки жировой ткани — липоциты, резервируют запасы жира для нужд всего организма. Белковые включения, например, вителлин в яйцеклетках, накапливается в цитоплазме в виде гранул.
Секреторные включения синтезируются в клетках и выделяются (секретируются) в просвещения протоков (клетки экзокринных желез), в межклеточную среду (гормоны, нейромедиаторы, факторы роста и другие), кровь, лимфу, межклеточные пространства (гормоны).
Экскреторные включения — это, как правило, продукты метаболизма клетки, от которых она должна освободиться. К экскреторных включений относятся также сторонние включения, случайно или намеренно (при фагоцитозе бактерий, например) попали в клетку субстраты.
Пигментные включения характерны для пигментоцитов. Пигментоциті имеющиеся в дерме кожи, защищают организм от глубокого проникновения опасного для него ультрафиолетового излучения.
Рибосомы — небольшие гранулоподибни сферические тельца, размером от 15 до 35 нм.
Рибосомы состоят из двух субъединиц, расположенных в цитоплазматическом матриксе или связанные с мембранами эндоплазматической сети.
Рибосомы — рибонуклеопротеидний комплекс, состоящий из двух субъединиц.
Компоненты рибосомы принято обозначать коэффициентами седиментации — коэффициентами пропорциональности, показывающие, насколько возрастает скорость движения частицы при центрифугировании с ростом центробежной силы (скорости вращения ротора центрифуги). Коэффициент седиментации используется как мера подвижности частицы, зависит от ее массы, объема и формы, измеряется в Сведбергом (S) — внесистемных единицах, имеющих размерность времени (1S = 10-13 с).
Субъединицы рибосом образуются в ядрышке, а затем через ядерные поры отдельно друг от друга поступают в цитоплазму. Их количество в цитоплазме зависит от синтетической активности клетки и может составлять от сотни до нескольких тысяч в одну клетку, их функцией является синтез белков. Наибольшее количество рибосом обнаружено в клетках, интенсивно синтезируют белки. Эти органеллы встречаются также в митохондриальном матриксе и хлоропластах.
Если с одной молекулой иРНК соединяются несколько рибосом, то образуются полисомы, содержащих от 5 до 70 рибосом.
Клеточный центр (центросома) — органеллы, состоящий из двух мелких образований: центриоль и лучевой сферы вокруг них. С помощью электронного микроскопа установлено, что каждый Центриоли — это цилиндрическое тельце длиной 0,3 0,5 мкм и диаметром около 0,15 мкм. Стенки цилиндра состоят из 9 пар параллельно расположенных микротрубочек, образованные белками. центриоли размещаются перпендикулярно друг к другу.
Клеточный центр иногда занимает геометрический центр клетки (отсюда название органеллы).
Чаще же он оттеснен ядром или включениями к периферии, но обязательно располагается вблизи ядра на одной оси с центром ядра и клетки. Активная роль клеточного центра обнаруживается при делении клетки. Центриоли удваиваются и расходясь в противоположные стороны, формируют полюса клетки, делится. Указанные структуры образуют веретено деления. Центриоли участвуют в образовании микротрубочек цитоскелета. Они также формируют базальную тело, лежащее в основе жгутиков.
Заключение
Открытие академика К.М. Бэра о возникновении и размножения клеток и существенные дополнения немецкого врача Р. Вирхова (1858-1859 гг.) позволили завершить формулировка основных положений клеточной теории: клетки живых организмов сходны по происхождению, строению, химическому составу, основными проявлениями жизнедеятельности; каждая новая клетка образуется в результате размножения материнской путем деления; у многоклеточных организмов различные типы клеток формируются благодаря их специализации в течение индивидуального развития особи и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой.
В зависимости от возраста и функций клетки могут быть живыми или мертвыми, а их размеры — от микроскопически малых (10-60 мкм) до видимых невооруженным глазом. Форма клеток очень разнообразна, а морфологических типов два: паренхимной клетки, имеющие примерно одинаковые размеры по всем направлениям в пространстве, и прозенхимных, у которых длина более чем в пять, часто в десятки, сотни, иногда в тысячи раз превышает ширину.
Растительная клетка состоит из живого содержания протопласта и продуктов жизнедеятельности протопласта — клеточной оболочки, вакуоли с клеточным соком и включений.
