строение органелл клетки какие функции они выполняют
Органоиды клетки
Клеточная мембрана (оболочка)
Запомните, что в отличие от клеточной стенки, которая есть только у растительных клеток и у клеток грибов (она придает им плотную, жесткую форму) клеточная мембрана есть у всех клеток без исключения! Этот важный момент объясню еще раз 🙂 У клеток животных имеется только клеточная мембрана, а у клеток растений и грибов есть и клеточная стенка, и клеточная мембрана.
Интегральные (пронизывающие) белки образуют каналы, по которым молекулы различных веществ могут поступать в клетку или удаляться из нее. «Заякоренные» молекулы олигосахаридов на поверхности клетки образуют гликокаликс, который выполняет рецепторную функцию, участвует в избирательном транспорте веществ через мембрану.
Вирусы и бактерии не являются исключением: они взаимодействуют только с теми клетками, на которых есть подходящие к ним рецепторы. Так, вирус гриппа поражает преимущественно клетки слизистой верхних дыхательных путей. Однако, если рецепторов нет, то вирус не может проникнуть в клетку, и организм приобретает невосприимчивость к инфекции. Вспомните врожденный иммунитет: именно по причине отсутствия рецепторов человек не восприимчив ко многим болезням животных.
Итак, вернемся к клеточной мембране. Ее можно сравнить со стенами помещения, в котором, вероятно, вы находитесь. Стены дома защищают его от ветра, дождя, снега и прочих факторов внешней среды. Рискну предположить, что в вашем доме есть окна и двери, которые по мере необходимости открываются и закрываются 🙂 Так и клеточная мембрана может сообщать внутреннюю среду клетки с внешней средой: через мембрану вещества поступают в клетку и удаляются из нее.
Внутрь клетки с помощью осмоса поступает вода. Путем простой диффузии в клетку попадают O2, H2O, CO2, мочевина. Облегченная диффузия характерна для транспорта глюкозы, аминокислот.
Активный транспорт чаще происходит против градиента концентрации, в ходе него используются белки-переносчики и энергия АТФ. Ярким примером является натрий-калиевый насос, который накачивает ионы калия внутрь клетки, а ионы натрия выводит наружу. Это происходит против градиента концентрации, поэтому без затрат энергии (АТФ) не обойтись.
Фагоцитоз был открыт И.И. Мечниковым, который создал фагоцитарную теорию иммунитета. Это теория гласит, что в основе иммунной системы нашего организма лежит явление фагоцитоза: попавшие в организм бактерии уничтожаются фагоцитами (T-лимфоцитами), которые переваривают их.
В ходе эндоцитоза мембрана сильно прогибается внутрь клетки, ее края смыкаются, захватывая бактерию, пищевые частицы или жидкость внутрь клетки. Образуется везикула (пузырек), который движется к пищеварительной вакуоли или лизосоме, где происходит внутриклеточное пищеварение.
Клеточная стенка
Цитоплазма
Постоянное движение цитоплазмы поддерживает связь между органоидами клетки и обеспечивает ее целостность.
Прокариоты и эукариоты
Немембранные органоиды
Очень мелкая органелла (около 20 нм), которая была открыта после появления электронного микроскопа. Состоит из двух субъединиц: большой и малой, в состав которых входят белки и рРНК (рибосомальная РНК), синтезируемая в ядрышке.
Это органоиды движения, которые выступают над поверхностью клетки и имеют в основе пучок микротрубочек. Реснички встречаются только в клетках животных, жгутики можно обнаружить у животных, растений и бактерий.
Одномембранные органоиды
ЭПС представляет собой систему мембран, пронизывающих всю клетку и разделяющих ее на отдельные изолированные части (компартменты). Это крайне важно, так как в разных частях клетки идут реакции, которые могут помешать друг другу, что нарушит процессы жизнедеятельности.
Выделяют гладкую ЭПС и шероховатую ЭПС. Обе они выполняют функцию внутриклеточного транспорта веществ, однако между ними имеются различия. На мембранах гладкой ЭПС происходит синтез липидов, обезвреживаются вредные вещества. Шероховатая ЭПС синтезирует белок, так как имеет на мембранах многочисленные рибосомы (потому и называется шероховатой).
Модифицированные вещества упаковываются в пузырьки и могут перемещаться к мембране клетки, соединяясь с ней, они изливают свое содержимое во внешнюю среду. Можно догадаться, что комплекс Гольджи хорошо развит в клетках эндокринных желез, которые в большом количестве синтезируют и выделяют в кровь гормоны.
В комплексе Гольджи появляются первичные лизосомы, которые содержат ферменты в неактивном состоянии.
В ходе апоптоза ферменты лизосомы изливаются внутрь клетки, ее содержимое переваривается. Предполагают, что нарушение апоптоза в раковых клетках ведет к бесконтрольному росту опухоли.
Пероксисомы (микротельца) содержат окислительно-восстановительные ферменты, которые разлагают H2O2 (пероксид водорода) на воду и кислород. Если бы пероксид водорода оставался неразрушенными, это приводило бы к серьезным повреждениям клетки.
Трудно переоценить значение вакуолей в жизнедеятельности растительной клетки. Вакуоли создают осмотическое давление, придают клетке форму.
Примечательно, что по размеру вакуолей можно судить о возрасте клетки: молодые клетки имеют вакуоли небольшого размера, а в старых клетках вакуоли могут настолько увеличиваться, что оттесняют ядро и остальные органоиды на периферию.
Двумембранные органоиды
Оболочка ядра состоит из двух мембран и пронизана большим количеством ядерных пор, через которые происходит сообщение между кариоплазмой и цитоплазмой. Главными функциями ядра является хранение, защита и передача наследственного материала дочерним клеткам.
Замечу, что хромосомы видны только в момент деления клетки. Хромосомы представляют собой сильно спирализованные молекулы ДНК, связанные с белками.
Хромосомы отличаются друг от друга по строению, форме, размерам. Совокупность всех признаков (форма, число, размер) хромосом называется кариотип. Кариотип может быть представлен по-разному: существует кариотип вида, особи, клетки.
В связи с этим, митохондрия считается полуавтономным органоидом. Вероятнее всего, изначально митохондрии были самостоятельными организмами, однако со временем вступили в симбиоз с эукариотами и стали частью клетки.
Так же, как и митохондрии, пластиды относятся к полуавтономным органоидам: в них имеется кольцевидная ДНК (находится в нуклеоиде), рибосомы.
Пластиды, которые содержат пигменты каратиноиды в различных сочетаниях. Сочетание пигментов обуславливает красную, оранжевую или желтую окраску. Находятся в плодах, листьях, лепестках цветков.
Хромопласты могут развиваться из хлоропластов: во время созревания плодов хлоропласты теряют хлорофилл и крахмал, в них активируется биосинтез каротиноидов.
Не содержат пигментов, образуются в запасающих частях растения (клубни, корневища). В лейкопластах накапливается крахмал, липиды (жиры), пептиды (белки). На свету лейкопласты могут превращаться в хлоропласты и запускать процесс фотосинтеза.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Строение клетки. Взаимосвязь строения и функций частей и органоидов клетки – основа ее целостности
Содержание:
Строение клетки
Сначала элементарная единица строения организмов получила латинское название cellula, что в переводе означает «маленькая камера». Древнегреческое слово «цитос» переводится как «ячейка». «Цитология» — название современной науки о строении и функциях разных типов клеток.
Бактерии, многие виды грибов, водорослей, простейшие животные — одноклеточные существа. Гораздо больше на Земле видов многоклеточных живых организмов. Вирусы не имеют клеточного строения, поэтому не могут быть отнесены ни к одной из названых групп. Однако для жизнедеятельности и размножения вирионы должны попасть в живые клетки.
Длительная эволюция жизни привела в далеком геологическом прошлом к появлению одноклеточных организмов. Многоклеточные возникли позже в истории Земли. Клетки у таких живых организмов преимущественно специализированные, имеют разнообразные формы, размеры и другие морфологические особенности. Они выполняют определенные функции в составе тканей и органов.
Цитологические знания появлялись, накапливались и дополнялись в течение нескольких веков. К середине XIX века исследователи сформулировали основные положения клеточной теории. Выдающийся вклад в развитие учения внесли М. Шлейден, Т. Шванн, Р. Вирхов и другие ученые.
Согласно результатам исследований, для клеток характерны:
Средний диаметр структурных единиц человеческого организма — около 25 микрон (мк) или микрометров (мкм). Крупными размерами отличаются яйцеклетки — 0,15 мм. В целом, ткани тела человека содержат 200 типов «строительных блоков». Скопления клеток, сходных по структуре и функциям, образуют ткани. Последние составляют основу органов.
Органоиды клеток
Микроскопические автономные системы содержат много компонентов. Органоиды — постоянные части клетки (рис. 1). Включения возникают и исчезают в зависимости от возраста и процессов жизнедеятельности. Компоненты тесно взаимодействуют в микроскопически маленьком пространстве.
Плазматическая мембрана
Общая толщина составляет 6–10 нм. Плазматическая мембрана содержит двойной слой липидов и два слоя белков. Белковые молекулы расположены на поверхности и в толщине липидного слоя. Растительные клетки, помимо плазматической мембраны, имеют плотную клеточную стенку.
Цитоплазма
Под оболочкой клетки находится полужидкая масса, коллоид (промежуточное состояние между истинным раствором и взвесью). Цитоплазма содержит белки, липиды, углеводы, РНК, ионы. Имеются протеиновые структуры в виде микронитей и микротрубочек — цитоскелет. В цитоплазму погружены все компоненты клетки.
Ядро
Митохондрии
«Энергетические станции» клетки — овальные или округлые тельца размером от 0,5 до 7 мкм. Наружная мембрана гладкая, внутренняя образует складки (кристы), как на
Матрикс содержит рибосомы, молекулы ДНК и РНК, ферменты. Часть вырабатываемой энергии расходуется в рибосомах, где из аминокислот синтезируются белки.
Пластиды
Крупные полуавтономные органоиды клетки, обладающие собственным геномом. Пластиды покрыты 2–4 белково-липидными оболочками. Внутри имеются строма, пузырьки, кольцевая молекула ДНК, рибосомы.
Получены веские доказательства происхождения пластид в результате симбиоза древней прокариотической клетки и цианобактерий.
Эндоплазматическая сеть или ретикулум (ЭР)
Система мешочков и каналов между ними диаметром 25–30 нм, образует единое целое с плазматической мембраной и оболочкой ядра. Различают гладкий и шероховатый ЭР. Сеть предназначена для транспортировки веществ в клетке к месту использования.
Комплекс Гольджи
Органоид в виде системы мешочков и пузырьков размером 20–30 нм. Комплекс Гольджи находится вблизи ядра, необходим для образования лизосом. Последние нужны для удаления продуктов распада.
Лизосомы
Мешочки сферической формы, покрытые одной мембраной. Внутреннее содержимое богато ферментами.
Вакуоли
Мешочки и пузырьки, покрытые одной мембраной. Крупные вакуоли характерны для растительных клеток, мелкие — для животных. Содержат пигменты, питательные вещества, минеральные растворы. Различают пищеварительные, фагоцитарные и сократительные вакуоли.
Клеточный центр
Органоид, не имеющий собственной мембраны. Клеточный центр образован центросферой и двумя центриолями, содержит белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты.
Рибосомы
Мелкие немембранные органоиды клетки. Состоят из большой и малой субъединиц. Рибосомы расположены в цитоплазме свободно или связаны с мембранами. Богаты РНК и белками.
Включения клетки могут быть жидкими и твердыми. Первые — это гранулы различных веществ. Капли жира — жидкие включения.
Если ядра нет, то организмы относятся к прокариотам (доядерным). В эволюционном плане они более древние и примитивные. Генетический материал таких клеток не отделен мембраной от цитоплазмы. Внутри расположены рибосомы. Почти не встречаются мембранные органоиды. Многие одноклеточные организмы относятся к прокариотам. Клетки, в которых хотя бы на одной стадии развития появляется ядро, — эукариотические.
Функции клеточных структур
Плазматическая мембрана ограничивает и препятствует вытеканию цитоплазмы, защищает находящиеся в ней органоиды. Оболочка клетки обладает избирательной проницаемостью. Происходит пассивный и активный транспорт веществ через микроотверстия.
Другие функции плазматической мембраны:
Пассивный транспорт через мембрану протекает без затрат энергии, в направлении от большей концентрации к меньшей. Так происходит осмотический перенос молекул воды. Активный транспорт протекает с затратами энергии, в направлении от меньшей концентрации к большей. Пример — диффузия питательных, минеральных веществ.
Клетка активно поглощает различные соединения. Если это твердые частицы, то процесс называется фагоцитоз. Поглощение капелек жидкости — пиноцитоз. Наружу через мембрану выводятся остатки веществ.
Цитоплазма объединяет органоиды и включения. Благодаря коллоидным и прочим свойствам внутреннего содержимого клетки осуществляется взаимодействие всех частей. Цитоскелет выполняет опорную функцию, способствует сохранению определенного положения органоидов в цитоплазме.
В ядре хранится наследственная информация, зашифрованная в структуре ДНК. Хроматин нужен для создания специфических для данного организма нуклеиновых кислот. Благодаря транскрипции РНК и поступлению данных в рибосомы происходит синтез белка. Ферменты нуклеоплазмы регулируют обмен аминокислот, белков, нуклеотидов. Ядро осуществляет контроль процессов жизнедеятельности клетки. Функции ядрышка — синтез одного из видов РНК.
Внутренняя мембрана митохондрии — место прикрепления ферментов для синтеза АТФ. Макроэргическое вещество необходимо для процессов жизнедеятельности. В митохондрии протекает аэробный этап дыхания, который сопровождается образованием АТФ.
Зеленая окраска хлоропластов обусловлена основным пигментом фотосинтеза. Осуществление этого процесса — основная задача пластид зеленого цвета. Световые реакции протекают на мембранах, содержащих молекулы хлорофилла. Темновые реакции фотосинтеза происходят в строме, богатой ферментами.
Хромопласты придают окраску цветкам, содержатся в плодах. Этот тип пластид обеспечивает привлечение опылителей и распространителей семян растений. Лейкопласты служат для запасания питательных веществ — крахмала, белка, масла.
В рибосомах шероховатого эндоплазматического ретикулума происходит синтез белков. Гладкий ЭР содержит ферменты для синтеза, преобразований липидов и углеводов. Этот же тип трубочек и мешочков служит для образования лизосом, транспорта и обезвреживания токсических веществ. Растворение крупных молекул, переваривание старых клеточных структур происходит в лизосомах. Они принимают активное участие в фагоцитозе, гибели клеток.
Пищеварительные вакуоли участвуют в фагоцитозе, выделяют ненужные вещества в окружающую среду. Сократительные — обеспечивают поддержание водно-солевого баланса.
Рибосомы участвуют в сборке белковых молекул. Клеточный центр нужен для правильного распределения генетического материала при митотическом делении. Этот органоид служит для образования выростов клеток — жгутиков и ресничек (органоидов движения).
Включениями называют непостоянные компоненты клеток. Одни вещества в их составе являются запасом питания, другие — отходами жизнедеятельности.
Взаимосвязь строения и функций частей и органоидов клетки – основа ее целостности
Органоиды — относительно обособленные компоненты, обладающие специфическими функциями и особенностями строения. Основная часть генетического материала эукариотической клетки сосредоточена в ядре. Центральный органоид в одиночку не в состоянии обеспечить реализацию наследственной информации. Принимают участие цитоплазма и рибосомы. Они расположены в основном на шероховатой эндоплазматической сети.
Синтезированные белки транспортируются в комплекс Гольджи, после преобразований — в те части клетки, где они нужны. Благодаря лизосомам клетки не превращаются в «свалки отходов».
Митохондрии вырабатывают энергию, необходимую для осуществления процессов в клетке. Хлоропласты у растений служат для получения исходного материала, участвующего в энергетических превращениях.
Условно все органоиды клетки делят на три группы по характеру выполняемых функций. Митохондрии и хлоропласты осуществляют превращения энергии. Рибосомы, их скопления осуществляют синтез белков. Другие образования принимают участие в синтезе и обмене веществ.
Несмотря на существующие различия, все части клетки тесно взаимодействуют. Органоиды взаимосвязаны не только в пространстве, но и химически. Связывает все части клетки цитоплазма, в ней же происходят многочисленные реакции. В результате формируется единая структурная и функциональная система.
Строение растительной клетки
Рис.1 Растительная клетка
Отличие клеточного строения растений от животных — наличие стенки, состоящей из целлюлозы, пектина, лигнина.
Под прочной оболочкой находится плазматическая мембрана, имеющей типичное строение. Есть поры, через которые осуществляется связь между соседними клетками посредством плазмодесм, цитоплазматических мостиков. Нет центриолей, характерных для животных.
Важное отличие растительных организмов — наличие пластид. Крупные хлоропласты придают частям растений зеленый цвет. Фотосинтез в зеленых пластидах — процесс автотрофного питания. Растения создают органическое вещество из воды и углекислого газа при участии солнечного света.
Оранжевая и желтая окраска обусловлена присутствием других типов пластид, красная и синяя — возникает благодаря антоцианам. Лейкопласты и хромопласты специализируются на хранении веществ.
Крупная центральная вакуоль в растительной клетке заполнена клеточным соком. Органоиду принадлежит ведущая роль в поддержании тургора, хранении полезных веществ и разрушении старых белков, отживших свое органоидов.
Строение животной клетки
Это типичные эукариотические клетки. Под плазматической мембраной находятся цитоплазма и органоиды. Клеточной стенки нет. ДНК локализована в ядре и митохондриях.
Рис.2 Животная клетка
Вакуоли в клетках животных выполняют пищеварительные и сократительные функции. Центриоли состоят из пучков микротрубочек, принимающих участие в процессе деления. В качестве органелл движения могут присутствовать реснички и жгутики. Они важны для перемещения одноклеточных животных. В организме многоклеточных создают движение жидкостей или молекул твердых веществ вдоль неподвижных клеток.
Клетка — мельчайшая единица строения многоклеточных организмов. У одноклеточных это и есть тело. Любая клетка представляет собой сложную биохимическую систему. Части или органоиды действуют как единое целое, обеспечивают жизнедеятельность, а при размножении — передачу наследственных признаков.
Строение органелл клетки какие функции они выполняют
Наряду с ядром, в цитоплазме эукариотической клетки содержатся другие мембранно-связанные органеллы. Иногда для описания водного окружения компартментов в цитоплазме используют термин цитозоль. Цитозоль можно рассматривать как единый компартмент, ограниченный плазматической мембраной и находящийся в контакте с наружной поверхностью мембран всех внутриклеточных органелл.
Это специфический компартмент, одной из основных функций которого является синтез белков как для собственных нужд, так и предназначенных для импорта в органеллы.
Находящиеся в клетке мембраны построены также, как и окружающая клетку плазматическая мембрана, т. е. имеют структуру липидного бислоя. Для каждой мембраны индивидуальные липиды могут различаться, однако их общие свойства остаются одинаковыми.
Так же как непроницаемая плазматическая мембрана отделяет внутреннюю часть клетки от внешней среды, непроницаемая мембрана органелл отделяет их внутреннее содержимое от окружающего цитозоля. Свободного обмена ионами через мембраны не происходит. Это важнейшее свойство мембран, благодаря которому внутри органелл создается специфическая среда. (Ядро составляет исключение, поскольку в его оболочке имеются поры.)
Транспорт небольших молекул и макромолекул через мембраны компартментов контролируется белками, интегрированными в мембрану (подобно тому, как белковые комплексы плазматической мембраны контролируют импорт в клетку веществ и экспорт из нее). Внутренняя полость независимого компартмента называется люмен. Состав водной среды люмена может отличаться от состава окружающей цитоплазмы.
В цитоплазме эукариотической клетки содержится несколько компартментов, ограниченных мембранами.
В люмене каждой органеллы происходят специфические процессы. Для их протекания необходимы специальные белки, находящиеся в органелле. За исключением митохондрий и протопластов (которые синтезируют часть собственных белков), органеллы не образуют белки, и поэтому они импортируют их из цитозоля, где происходит синтез белка.
На представлена локализация наиболее типичных органелл в цитоплазме эукариотической клетки. Состав среды в люмене каждой органеллы соответствует функции, которую она выполняет.
Эндоплазматический ретикулум (ЭПР) представляет собой разветвленную сеть внутренних мембран, которая связана с наружной мембраной ядерной оболочки. В люмене ЭПР поддерживается окислительная среда (такая же, как существует вне клетки). Это важно для осуществления одной из его функций: укладки белков и сборки мультибелковых комплексов.
В типичной эукариотической клетке компартменты, ограниченные мембранами, связаны между собой и взаимодействуют друг с другом за счет разделения и слияния своих мембран. Эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи (представляющий собой набор «стопок» плоских дисков, окруженных мембраной) и транс-Гольджи сеть представляют собой основные компоненты секреторного аппарата: их мембраны участвуют в отпочковывании и слиянии секреторных везикул, при этом содержимое везикул и мембранные белки транспортируются из компартмента в компартмент. Секреторные везикулы отпочковываются от транс-Гольджи сети и сливаются с плазматической мембраной.
В компартментах эукариотической клетки среда имеет различный ионный состав
В ЭПР и аппарате Гольджи происходит ковалентная модификация белков, включая добавление к ним остатков небольших сахаров. К числу других органелл, составляющих часть транспортной сети, относятся также эндосомы и лизосомы, в которых происходит деградация белков.
Митохондрии (обнаруженные во всех клетках эукариот) и хлоропласта (присутствующие в клетках растений) участвуют в энергетических процессах. В митохондриях происходят основные реакции, посредством которых в клетке запасается промежуточный макроэргический метаболит, АТФ. В хлоропластах происходят процессы фотосинтеза из углекислого газа и воды, позволяющие зеленым растениям синтезировать небольшие углеродсодержащие молекулы, которые они используют в качестве питательных соединений.
Наличие хлоропластов служит одним из основных признаков отличия клеток царства растений от клеток представителей царства животных, а также других царств.
Обычно концентрация ионов или небольших молекул в каждом цитоплазматическом компартменте различна. Наиболее сильные отличия касаются эндоплазматического ретикулума, для которого характерна очень высокая концентрация ионов кальция. Величина pH внутри лизосом и эндосом существенно ниже, чем в цитозоле. Эндосомы подразделяются на две большие группы: для группы ранних эндосом величина pH находится в пределах 6,5-6,8, а в поздних достигает 4,5. Напротив, величина pH матрикса митохондрий выше, чем в цитозоле.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021