Строение животной клетки таблица и характеристики. Органоиды клетки и их функции

Клетки животных и растений, как многоклеточных, так и одноклеточных, в принципе сходны по своему строению. Различия в деталях строения клеток связаны с их функциональной специализацией.

Основными элементами всех клеток являются ядро и цитоплазма. Ядро имеет сложное строение, изменяющееся на разных фазах клеточного деления, или цикла. Ядро неделящейся клетки занимает приблизительно 10–20% ее общего объема. Оно состоит из кариоплазмы (нуклеоплазмы), одного или нескольких ядрышек (нуклеол) и ядерной оболочки. Кариоплазма представляет собой ядерный сок, или кариолимфу, в которой находятся нити хроматина, образующие хромосомы.

Основные свойства клетки:

обмен веществ
чувствительность
способность к размножению

Клетка живет во внутренней среде организма – кровь, лимфа и тканевая жидкость. Основными процессами в клетке являются окисление, гликолиз – расщепление углеводов без кислорода. Проницаемость клетки избирательна. Она определяется реакцией на высокую или низкую концентрацию солей, фаго- и пиноцитоз. Секреция – образование и выделение клетками слизеподобных веществ (муцин и мукоиды), защищающие от повреждения и участвующие в образовании межклеточного вещества.

Виды движений клетки:

амебоидное (ложноножки) – лейкоциты и макрофаги.
скользящее – фибробласты
жгутиковый тип – сперматозоиды (реснички и жгутики)

Деление клеток:

непрямое (митоз, кариокинез, мейоз)
прямое (амитоз)

При митозе ядерное вещество распределяется равномерно между дочерними клетками, т.к. хроматин ядра концентрируется в хромосомах, которые расщепляются на две хроматиды, расходящиеся в дочерние клетки.

Структуры живой клетки

Хромосомы

Обязательными элементами ядра являются хромосомы, имеющие специфическую химическую и морфологическую структуру. Они принимают активное участие в обмене веществ в клетке и имеют прямое отношение к наследственной передаче свойств от одного поколения к другому. Следует, однако, иметь в виду, что, хотя наследственность и обеспечивается всей клеткой как единой системой, ядерные структуры, а именно хромосомы, занимают при этом особое место. Хромосомы, в отличие от органелл клетки, представляют собой уникальные структуры, характеризующиеся постоянством качественного и количественного состава. Они не могут взаимозаменять друг друга. Несбалансированность хромосомного набора клетки приводит в конечном счете к ее гибели.

Цитоплазма

Цитоплазма клетки обнаруживает весьма сложное строение. Введение методики тонких срезов и электронной микроскопии позволило увидеть тонкую структуру основной цитоплазмы. Установлено, что последняя состоит из параллельно расположенных сложных структур, имеющих вид пластинок и канальцев, на поверхности которых располагаются мельчайшие гранулы диаметром 100–120 Å. Эти образования названы эндоплазматическим комплексом. В состав этого комплекса включены различные дифференцированные органоиды: митохондрии, рибосомы, аппарат Гольджи, в клетках низших животных и растений – центросома, животных – лизосомы, у растений – пластиды. Кроме того, цитоплазме обнаруживается целый ряд включений, принимающих участие в обмене веществ клетки: крахмал, капельки жира, кристаллы мочевины и т. д.

Мембрана

Клетка окружена плазматической мембраной (от лат. «мембрана» – кожица, пленка). Ее функции очень разнообразны, но основная – защитная: она защищает внутреннее содержимое клетки от воздействий внешней среды. Благодаря различным выростам, складкам на поверхности мембраны клетки прочно соединяются между собой. Мембрана пронизана специальными белками, через которые могут перемещаться определенные вещества, необходимые клетке или подлежащие удалению из нее. Таким образом, через мембрану осуществляется обмен веществ. Причем, что очень важно, вещества пропускаются через мембрану избирательно, за счет чего в клетке поддерживается нужный набор веществ.

У растений плазматическая мембрана снаружи покрыта плотной оболочкой, состоящей из целлюлозы (клетчатки). Оболочка выполняет защитную и опорную функции. Она служит внешним каркасом клетки, придавая ей определенную форму и размеры, препятствуя чрезмерному набуханию.

Ядро

Расположено в центре клетки и отделено двуслойной оболочкой. Имеет шаровидную или вытянутую форму. Оболочка – кариолемма – имеет поры, необходимые для обмена веществ между ядром и цитоплазмой. Содержимое ядра жидкое – кариоплазма, в которой содержатся плотные тельца – ядрышки. В них выделяется зернистость – рибосомы. Основная масса ядра – ядерные белки – нуклеопротеиды, в ядрышках – рибонуклеопротеиды, а в кариоплазме – дезоксирибонуклеопротеиды. Клетка покрыта клеточной оболочкой, которая состоит из белковых и липидных молекул, имеющих мозаичную структуру. Оболочка обеспечивает обмен веществ между клеткой и межклеточной жидкостью.

ЭПС

Это система канальцев и полостей, на стенках которых располагаются рибосомы, обеспечивающие синтез белка. Рибосомы могут и свободно располагаться в цитоплазме. ЭПС бывают двух видов – шероховатая и гладкая: на шероховатой ЭПС (или гранулярной) располагается множество рибосом, которые осуществляют синтез белков. Рибосомы придают мембранам шероховатый вид. Мембраны гладкой ЭПС не несут рибосом на своей поверхности, в них располагаются ферменты синтеза и расщепления углеводов и липидов. Гладкая ЭПС выглядит как система тонких трубочек и цистерн.

Рибосомы

Мелкие тельца диаметром 15–20 мм. Осуществляют синтез белковых молекул, их сборку из аминокислот.

Митохондрии

Это двумембранные органоиды, внутренняя мембрана которых имеет выросты – кристы. Содержимое полостей – матрикс. Митохондрии содержат большое количество липопротеидов и ферментов. Это энергетические станции клетки.

Пластиды (свойственны только клеткам растений!)

Их содержание в клетке – главная особенность растительного организма. Различают три основных типа пластид: лейкопласты, хромопласты и хлоропласты. Они имеют разную окраску. Бесцветные лейкопласты находятся в цитоплазме клеток неокрашенных частей растений: стеблях, корнях, клубнях. Например, их много в клубнях картофеля, в которых накапливаются зерна крахмала. Хромопласты находятся в цитоплазме цветков, плодов, стеблей, листьев. Хромопласты обеспечивают желтую, красную, оранжевую окраску растений. Зеленые хлоропласты содержатся в клетках листьев, стеблей и других частях растения, а также у разнообразных водорослей. Размеры хлоропластов 4-6 мкм, они часто имеют овальную форму. У высших растений в одной клетке содержится несколько десятков хлоропластов.

Зеленые хлоропласты способны переходить в хромопласты – поэтому осенью листья желтеют, а зеленые помидоры краснеют при созревании. Лейкопласты могут переходить в хлоропласты (позеленение клубней картофеля на свету). Таким образом, хлоропласты, хромопласты и лейкопласты способны к взаимному переходу.

Основная функция хлоропластов – фотосинтез, т.е. в хлоропластах на свету осуществляется синтез органических веществ из неорганических за счет преобразования солнечной энергии в энергию молекул АТФ. Хлоропласты высших растений имеют размеры 5-10 мкм и по форме напоминают двояковыпуклую линзу. Каждый хлоропласт окружен двойной мембраной, обладающей избирательной проницаемостью. Снаружи располагается гладкая мембрана, а внутренняя имеет складчатую структуру. Основная структурная единица хлоропласта – тилакоид, плоский двумембранный мешочек, ирающий ведущую роль в процессе фотосинтеза. В мембране тилакоида расположены белки, аналогичные белкам митохондрий, которые участвуют в цепи переноса электоронов. Тилакоиды расположены стопками, напоминающие стопки монет (от 10 до 150) и называемыми гранами. Грана имеет сложное строение: в центре располагается хлорофилл, окруженный слоем белка; затем располагается слой липоидов, снова белок и хлорофилл.

Комплекс Гольджи

Это система полостей, отграниченных от цитоплазмы мембраной, может иметь разную форму. Накапливание в них белков, жиров и углеводов. Осуществление на мембранах синтеза жиров и углеводов. Образует лизосомы.

Основной структурный элемент аппарата Гольджи – мембрана, которая образует пакеты уплощенных цистерн, крупные и мелкие пузырьки. Цистерны аппарата Гольджи соединены с каналами эндоплазматической сети. Произведенные на мембранах эндоплазматической сети белки, полисахариды, жиры переносятся к аппарату Гольджи, накапливаются внутри его структур и «упаковываются» в виде вещества, готового либо к выделению, либо к использованию в самой клетке в процессе ее жизнедеятельности. В аппарате Гольджи образуются лизосомы. Кроме того, он участвует в наращивании цитоплазматической мембраны, например во время деления клетки.

Лизосомы

Тельца, отграниченные от цитоплазмы одной мембраной. Содержащиеся в них ферменты ускоряют реакцию расщепления сложных молекул до простых: белков до аминокислот, сложных углеводов до простых, липидов до глицерина и жирных кислот, а также разрушают отмершие части клетки, целые клетки. В лизосомах находится более 30 типов ферментов (вещества белковой природы, увеличивающие скорость химической реакции в десятки и сотни тысяч раз), способных расщеплять белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, жиры и другие вещества. Расщепление веществ с помощью ферментов называется лизисом, отсюда и происходит название органоида. Лизосомы образуются или из структур комплекса Гольджи, или из эндоплазматической сети. Одна из основных функций лизосом – участие во внутриклеточном переваривании пищевых веществ. Кроме того, лизосомы могут разрушать структуры самой клетки при ее отмирании, в ходе эмбрионального развития и в ряде других случаев.

Вакуоли

Представляют собой полости в цитоплазме, заполненные клеточным соком, место накопления запасных питательных веществ, вредных веществ; они регулируют содержание воды в клетке.

Клеточный центр

Состоит из двух маленьких телец – центриолей и центросферы – уплотненного участка цитоплазмы. Играет важную роль при делении клеток

Органоиды движения клеток

Жгутики и реснички, представляющие из себя выросты клетки и имеющие однотипное строение у животных и растений
Миофибриллы – тонкие нити длиной более 1 см диаметром 1 мкм, расположенные пучками вдоль мышечного волокна
Псевдоподии (выполняют функцию движения; за счет их происходит сокращение мышц)

Сходства растительных и животных клеток

К признакам, которыми похожи растительные и животные клетки, можно отнести следующие:

Схожее строение системы структуры, т.е. наличие ядра и цитоплазмы.
Обменный процесс веществ и энергии близки по принципу осуществления.
И в животной, и в растительной клетке имеется мембранное строение.
Химический состав клеток очень похож.
В клетках растения и животного присутствует похожий процесс клеточного деления.
Растительная клетка и животная имеет единый принцип передачи кода наследственности.

Существенные различия между растительной и животной клеткой

Помимо общих признаков строения и жизнедеятельности растительной и животной клетки, существуют и особые отличительные черты каждой из них.

Таким образом, можно сказать, что растительные и животные клетки похожи между собой содержанием некоторых важных элементов и некоторыми процессами жизнедеятельности, а также имеют существенные отличия в структуре и обменных процессах.

Все живые организмы имеют во многом схожее клеточное строение. Однако у клеток разных царств живого имеются свои особенности. Так клетки бактерий не имеют ядер, а у клеток растений есть жесткая целлюлозная клеточная стенка и хлоропласты. Строение животных клеток также имеет свои характерные особенности.

Чаще всего клетки животных мельче, чем клетки растений. По форме они очень разнообразны. Форма и строение животной клетки зависит от выполняемых ею функций. У сложно организованных животных тела состоят из множества тканей. Каждую ткань составляют свои клетки, имеющие характерные для них особенности строения. Но несмотря на все разнообразие, можно выделить общее в строении всех животных клеток.

От внешней среды содержимое клетки животного ограничено только клеточной мембраной . Она эластична, поэтому многие клетки имеют неправильную форму, могут незначительно изменять ее. Мембрана имеет сложное строение, в ней выделяют два слоя. Клеточная мембрана отвечает за избирательный транспорт веществ внутрь клетки и из нее.

Внутри животной клетки содержится цитоплазма, ядро, органоиды, рибосомы, различные включения и др. Цитоплазма представляет собой вязкую жидкость, находящуюся в постоянном движении. Движение цитоплазмы способствует протеканию различных химических реакций в клетке, т. е. обмену веществ.

Во взрослой растительной клетке есть большая центральная вакуоль. В животной клетке такой вакуоли нет. Однако в животных клетках постоянно образуются и исчезают маленькие вакуоли . В них могут содержаться питательные вещества для клетки или продукты распада, подлежащие удалению.

Строение животной клетки отличается от растительной еще тем, что в животной клетке достаточно большое ядро располагается обычно в центре (а у растений оно смещено из-за наличия большой центральной вакуоли). Внутри ядра содержится ядерный сок, а также находятся ядрышко и хромосомы . Хромосомы содержат наследственную информацию, которая при делении передается дочерним клеткам. Также они управляют жизнедеятельностью самих клеток.

У ядра есть своя мембрана, отделяющая его содержимое от цитоплазмы. Кроме ядра в цитоплазме клетки есть другие структуры, имеющие собственные мембраны. Эти структуры называют органоидами клетки, или, по-другому, органеллами клетки. В обычной по строению животной клетке, кроме ядра, есть следующие органоиды: митохондрии, эндоплазматическая сеть (ЭПС), аппарат Гольджи, лизосомы.

Митохондрии - это энергетические станции клетки. В них образуется АТФ - органическое вещество, в последствие при расщеплении которого выделяется много энергии, обеспечивающей протекание процессов жизнедеятельности в клетке. Внутри митохондрии есть множество складок - крист.

Эндоплазматическая сеть состоит из множества каналов, по которым транспортируются синтезируемые в клетке белки, а также другие вещества. По каналам ЭПС вещества поступают в аппарат Гольджи , который в животных клетках выражен сильнее, чем в растительных. В аппарате Гольджи, который представляет собой комплекс трубочек, вещества накапливаются. Далее по мере надобности они будут использованы в клетке. Кроме того на мембране аппарата Гольджи происходит синтез жиров и углеводов для построения всех мембран клетки.

В лизосомах содержатся вещества, расщепляющие ненужные клетке и вредные для нее белки, жиры и углеводы.

Кроме органелл, окруженных мембраной, в животных клетках есть немембранные структуры: рибосомы и клеточный центр. Рибосомы есть в клетках всех организмов, а не только у животных. А вот клеточного центра у растений нет.

Рибосомы располагаются группами на эндоплазматической сети. ЭПС, покрытая рибосомами, называется шероховатой. Без рибосом ЭПС называется гладкой. На рибосомах происходит синтез белков.

Клеточный центр состоит из пары цилиндрических телец. Эти тельца на определенном этапе создают своеобразное веретено деления, которое способствует правильному расхождению хромосом при делении клетки.

Клеточные включения представляют собой различные капли и зерна, состоящие из белков жиров и углеводов. Они постоянно присутствуют в цитоплазме клетки и участвуют в обмене веществ.

2.4. Принципы структурно-функциональной организации клетки многоклеточного животного организма

2.4.1. Структурно-функционально-метаболическая внутриклеточная компартментация. Биологическая мембрана. Немембранные способы компартментации

Упорядоченность содержимого эукариотической клетки и происходящих в ней процессов достигается путем компартментации , то есть разделения ее объема на компартменты или «ячейки», различающиеся по химическому, прежде всего, ферментному составу.

Компартментация обеспечивает пространственное разделение и/или обособление веществ и процессов (функций) в клетке. Понятие компартмента распространяется на целую органеллу (митохондрия) или ее часть (внутренняя мембрана митохондрии или ограничиваемое ею пространство – матрикс митохондрии). Иногда в качестве самостоятельного компартмента эукариотической клетки выделяют ядро.

Роль биологических мембран в компартментации объема эукариотической клетки очевидна (рис. 2-4). Мембраны разных компартментов различаются по химической организации (липидный и белковый состав, набор ассоциированных молекул). Этим достигается их функциональная специализация.

Рис. 2-4. Компартментация объема клетки с помощью мембран.

Мембраны выполняют функции: отграничивающую (барьерную), поддержания формы и сохранения содержимого структуры (клетки или органеллы), организации поверхностей раздела между гидрофильной водной и гидрофобной неводной фазами и, таким образом, избирательного размещения в объеме клетки соответствующих ферментных систем. Сами мембраны благодаря наличию в них жировых веществ (липидов) образуют в клетке гидрофобную фазу для химических превращений в неводной среде.

Общепринята жидкомозаичная модель молекулярной организации биологической мембраны (рис. 2-5). Конструкционную основу мембраны составляет двойной или бимолекулярный слой (бислой ) липидов . Мембранные липиды полярны. Их молекулы имеют гидрофобные, обращенные в бислое друг к другу и внутрь мембраны, и гидрофильные «наружные» участки. Липидный бислой имеет свойство, ликвидируя свободные края, самозамыкаться, что обусловливает способность мембран восстанавливать непрерывность при повреждениях. Это же свойство лежит в основе образования с восстановлением непрерывности мембраны клеточной оболочки пузырьков при поглощении клеткой (эндоцитоз ) твердых частиц (фагоцитоз ) и порций жидкости (пиноцитоз ), а также при выделении железистой клеткой секрета (экзоцитоз ). По агрегатному состоянию липидный бислой напоминает жидкость: липидные молекулы свободно перемещаются в пределах «своего» монослоя.

Рис. 2-5. Жидкомозаичная модель молекулярной организации биологической мембраны.

Разнообразие функций биологических мембран связано с многообразием мембранных белков. Выделяют интегральные и периферические мембранные белки. Первые пронизывают мембрану насквозь или же погружены в липидный бислой частично, вторые располагаются на поверхности мембраны. Такая структура позволяет рассматривать мембрану как жидкомозаичное образование: в двухмерном «море» липидов «плавают» белковые «айсберги» и «льдины».

Мембранный механизм компартментации объема клетки - не единственный. Известно семейство самокомпартментирующихся ферментов - протеаз (пептидаз ), участвующих во внелизосомном расщеплении белков. В клетках они «укрыты» в протеасомах (рис. 2-6). Это мультимерные гетеробелковые агрегаты «цилиндрической» формы, образующиеся путем самосборки. Протеазы в них занимают внутреннюю зону, а снаружи располагаются белки-«проводники» или шапероны (см. также 2.4.4.4-д). В функцию последних входит опознание (детекция) белков, подлежащих протеолитическому расщеплению, и их «допуск» внутрь протеасомы к протеазам. Известно, что протеасомы обеспечивают деградацию циклина B в анафазе митоза. В комплексе с соответствующей циклинзависимой киназой названный белок принимает участие в регуляции прохождения клеткой митотического цикла (см. 3.1.1.1).

Рис. 2-6. Протеасомный комплекс (самокомпартментализующиеся протеазы).

2.4.2. Клеточная оболочка

Клетки как дискретные структуры отделены от окружения оболочкой. Основу клеточной оболочки (плазмалемма ) составляет мембрана. Изнутри к мембране примыкает кортикальный (корковый ) слой цитоплазмы (0,1–0,5 мкм), лишенный рибосом и пузырьков, но богатый цитоскелетными структурами - микротрубочками и микрофиламентами, имеющими в своем составе сократимые белки. Наличие таких белков обусловливает участие этих структур в двигательной функции (амебоидное движение). Белки цитоскелетных образований связаны с интегральными мембранными белками (см. 2.4.1).

Снаружи мембрана клеточной оболочки покрыта гликокаликсом (10–20 нм). В его основе - комплексы белков с углеводами (гликопротеиды ), жирами (липопротеиды ) и жиров с углеводами (гликолипиды ). Белковые и липидные участки комплексов находятся внутри мембраны или в связи с ней, тогда как углеводные «выдвинуты» во внеклеточный матрикс (внеклеточная или околоклеточная среда - наряду с кровью и лимфой, часть внутренней среды организма). Такая структура плазмалеммы обеспечивает избирательное взаимодействие клеток друг с другом, а также с факторами внутренней среды организма. Среди этих факторов важная роль принадлежит сигнальным молекулам (лиганды ).

Белки клеточных оболочек, являющиеся мишенями для сигнальных молекул, составляют семейство рецепторных белков или рецепторов . В результате их взаимодействия с сигнальными молекулами образуется лиганд-рецепторный комплекс , который активирует внутриклеточный сигнальный путь (сигналлинг ). В итоге достигается необходимая реакция клеток-мишеней: активируются гены и, следовательно, образуются требуемые белки и запускаются необходимые процессы жизнедеятельности: изменяется интенсивность энергетического обмена, инициируются клеточная пролиферация, дифференцировка, апоптоз. К этому семейству относятся, в частности, адренорецепторы , взаимодействующие с таким лигандом, как гормон мозгового вещества надпочечников адреналин (рис. 2-7). Адреналин как сигнальная молекула выполняет функцию первичного внеклеточного мессенджера (англ., messenger - посланник, гонец, посредник; здесь и ниже - агент, доставляющий к клетке или передающий внутри нее сигнал, побуждающий к определенному действию или изменению состояния). Образующийся гормон-рецепторный комплекс запускает внутриклеточный сигнальный путь, начинающийся с белка-преобразователя (семейство G -белков ). Активированный G -белок (на рис. 2-7 не показан) передает сигнал на фермент аденилатциклазу с образованием из АТФ циклического аденозинмонофосфата (цАМФ ). Последний в качестве вторичного внутриклеточного мессенджера активирует фермент протеинкиназу , катализирующую фосфорилирование других ферментов . Перейдя благодаря фосфорилированию в функционально активное состояние, эти ферменты обеспечивают метаболический или иной ответ . Описанная последовательность событий соответствует, например, ситуации, когда животное попадает в экстремальные условия и вынуждено вступить в борьбу или обратиться в бегство («кошка - собака»). Адекватный ответ здесь состоит в выбросе из клеток печени в кровь глюкозы с активацией распада гликогена в мышцах, что решает проблему покрытия возросших энергозатрат. В других случаях образование комплекса «адреналин–адренорецептор» и, далее, цАМФ приводит к активации промоторов, запускающих транскрипцию цАМФ-индуцибильных (цАМФ-зависимых) генов с образованием соответствующих белков.

Рис. 2-7. Гормональная регуляция клеточной деятельности с участием рецепторов плазмалеммы.

Реакция клетки на сигнальные молекулы (лиганды) зависит от наличия в плазмалемме рецепторного белка, а содержание клеточного ответа - от разновидности рецептора, активируемого сигнального пути и/или типа клетки. G -белки активируют образование не только цАМФ, но и других вторичных мессенджеров, которыми служат циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ), оксид азота (NO ), ионы Са2+, липид диацилглицерин (ДАГ). Некоторые внутриклеточные сигнальные пути запускаются с рецепторов плазмалеммы без участия вторичных мессенджеров. Есть примеры, когда сигнальная молекула (лиганд), в частности, женские половые гормоны, например, эстрадиол и/или прогестерон взаимодействуют не с рецептором плазмалеммы, а с цитоплазматическим (внутриклеточным) рецептором (см.2.4.3.1 и рис. 2-9).

Лиганд-рецепторные взаимодействия представляют собой ключевой элемент межклеточного общения , без которого невозможна жизнедеятельность многоклеточного живого существа.

Межклеточная (околоклеточная) среда служит также источником для клеток пластических веществ-предшественников, необходимых для разнообразных синтезов. В нее же выделяются многие продукты внутриклеточного обмена веществ, которые затем выводятся из организма. С медицинской точки зрения важным представляется то, что околоклеточная (межклеточная) среда может содержать токсические продукты, оказывающие на клетки неблагоприятное действие. Строго говоря, токсическим агентом становится любое вещество, в том числе лекарственное средство , появляющееся в организме в ненадлежащем количестве и/или в ненадлежащем месте.

Белки клеточных оболочек многочисленны и разнообразны: в плазмалемме эритроцитов, например, их не менее 100. Классификация этих белков имеет функциональную основу - рецепторные, о которых речь шла выше, структурные, транспортные, обеспечивающие взаимодействия как межклеточные, так и клеток и околоклеточного окружения (внеклеточного матрикса) и др.

Структурные белки плазмалеммы во взаимодействии с цитоскелетными образованиями участвуют в поддержании формы клеток, допуская ее обратимые изменения. В обеспечении формы эритроцита (двояковогнутый диск, что увеличивает площадь поверхности клетки) важная роль принадлежит белку спектрину, волоконца которого образуют субплазмалеммальный примембранный каркас. Мутации по гену спектрина фенотипически проявляются в изменении формы эритроцитов, а клинически - в развитии наследственных болезней красной крови сфероцитоза и эллиптоцитоза .

Необходимым условием жизнедеятельности клеток является чрезмембранный транспорт веществ, который должен быть избирательным и иметь скорость, соответствующую метаболическим потребностям. Эти задачи решаются благодаря специализированным транспортным системам с участием в них представителей семейства транспортных белков . К семейству относится, в частности, белоканионного канала в мембране эритроцита , посредством которого в соответствии с концентрационными градиентами происходит обмен ионами Cl – и HCO 3– между плазмой крови и красными кровяными тельцами в тканях и в легких.

Многие белки клеточных оболочек являются антигенами . Наличие помеченных распознаваемым под микроскопом «зондом» (флюоресцентный краситель) моноклональных антител, образующих комплекс исключительно со «своим» антигеном, позволяет использовать антигенные белки клеточных оболочек в качестве маркеров клеток определенного типа (белок CD 19 - маркер В -лимфоцитов человека), их положения в гистогенетическом ряду (антигенными маркерами родоначальных клеток всех клеточных элементов периферической крови являются белки CD 34 и CD 133, клеток лейкоцитарного ряда - CD 33, клеток эритроцитарного ряда - CD 36) или функционального состояния (белок CD 95 участвует в передаче клетке сигнала к апоптозу).

Маркеры CD используют в диагностических и/или прогностических целях. Клетки злокачественных опухолей различной локализации образуют конкретные белки-антигены: CD 24 типичен для клеток мелкоклеточного рака легких, CD 87 - рака молочной железы, кишечника, простаты. Уровень синтеза CD 82 коррелирует со скоростью метастазирования раковых клеток ряда опухолей, а наличие CD 9 типично для пониженного уровня метастазирования клеток при раке молочной железы и меланоме. Избирательное образование представителей семейства CD наблюдается при болезнях неонкологической природы: например, при одной из форм цирроза печени - первичном биллиарном - снижен синтез CD 26.

При всей перспективности научно-практического направления, как такового, индикаторный потенциал большинства маркеров CD , прежде всего в онкологии , где требуется высочайший уровень ответственности перед пациентом, на настоящее время ниже желаемого и не дает оснований для бесспорных диагностических заключений .

2.4.2.1. Макромолекулярный полиморфизм: механизмы и функциональные следствия

Для многих белков клеточной оболочки характерно свойство макромолекулярной полифункциональности . В многоклеточном организме они являются участниками разных событий.
Строение животной клетки

Механизмы и следствия этого феномена иллюстрирует белковое семейство CD 44.

CD 44 - широко экспрессируемое (их образуют кроветворные клетки, Т — и В -лимфоциты, моноциты, кератиноциты, фибробласты, эндотелиальные клетки сосудов, цилиндрический эпителий желудочно-кишечного тракта, переходный эпителий мочевого пузыря) семейство изоформ (вариантов) «базовой» молекулы.

Члены семейства CD 44 - трансмембранные белки. Особенность гена CD 44 состоит в наличии двух групп экзонов (об экзон–интронной организации генов см. 2.4.5.5). Одна из них (экзоны 1–5 и 16–20 или s 1–10) кодирует так называемые стабильные (CD 44s ), тогда как другая (экзоны 6–15 или v 1–10) так называемые вариабельные (CD 44v ) изоформы белка. На после(пост)транскрипционном уровне из пре-и(м)РНК транскрипта в результате альтернативного сплайсинга образуется более 1000 вариантов и(м)РНК. Полиморфизм изоформ и, следовательно, свойств образуемых белков усиливается благодаря после(пост)трансляционным изменениям молекул полипептидов1: их гликозилированию, а также комплексированию субъединиц (полипептидов) путем полимеризации2. Ы Верстка! Подстраничные примечания. МС Ы

1При использования генетической информации ДНК в жизнедеятельности клетки важная роль принадлежит пост(после)транскрипционным и пост(после)трансляционным процессам, благодаря чему путь от гена к функционирующему белку, как правило, долгий. Это объясняет, почему исследования в области геномики и протеомики (см. 1.1) должны проводиться согласованно.

2Гомо- или гетерологичная полимеризация (ди-, три-, тетрамеризация), заключается в образовании надмакромолекулярных комплексов из, соответственно, одинаковых или разных белковых субъединиц (двух, трех, четырех полипептидов или простых белков) является эффективным механизмом регуляции функций на макромолекулярном уровне. Применительно к членам семейства CD 44 она способствует усилению сродства к определенным лигандам. Полимеризацию белковых субъединиц допустимо рассматривать как один из способов безмембранной функциональной компартментации внутри- и внеклеточных процессов на макромолекулярном уровне.

Молекулярный полиморфизм CD 44 и разнообразие лигандов (гиалуроновая кислота, коллагены I и VI типов, ряд внутриклеточных белков) объясняют вовлеченность белка CD 44 во многие события. Это перемещение (миграция) и метастазирование опухолевых клеток, агрегация (образование клетками групп), адгезия (прикрепление, “прилипание” клеток) и активация (обычно под клеточной активацией понимается клеточная пролиферация, то есть митотическое деление) лимфоидных клеток, представление (презентация) ростовых факторов и цитокинов клеткам, хоуминг (англ., home - дом; здесь, избирательное проникновение клеток в подходящую «тканевую нишу») Т -лимфоцитов, выход из сосудистого русла лейкоцитов, например, в очаге воспаления.

Достарыңызбен бөлісу:

1 … 12 13 14 15 16 17 18 19 … 77

Все клетки состоят из трех основных частей:

клеточной оболочки (ограничивает клетку от окружающей среды);
цитоплазмы (составляет внутреннее содержимое клетки);
ядра (у прокариот - нуклеоид) - содержит генетический материал клетки.

Строение клеточной оболочки

Основу клеточной оболочки составляет плазматическая мембрана (наружная клеточная мембрана, плазмолемма) - биологическая мембрана, ограничивающая внутренние содержимое клетки от внешней среды.

Все биологические мембраны представляют собой двойной слой липидов, гидрофобные концы которых обращены внутрь, а гидрофильные головки - наружу.

Кроме липидов в состав мембраны входят белки: периферические, погруженные (полуинтегральные) и пронизывающие (интегральные). Периферические белки прилегают к билипидному слою с внутренней или внешней стороны, полуинтегральные - частично встроены в мембрану, интегральные - проходят через всю толщу мембраны.

Строение клетки животных

Белки способны перемещаться в плоскости мембраны.

Мембранные белки выполняют различные функции: транспорт различных молекул; получение и преобразование сигналов из окружающей среды; поддержание структуры мембран. Наиболее важное свойство мембран - избирательная проницаемость.

Плазматические мембраны животных клеток имеют снаружи слой гликокаликса, состоящий из гликопротеинов и гликолипидов и выполняющий сигнальную и рецепторную функции. Он играет важную роль в объединении клеток в ткани.

Плазматические мембраны растительных клеток покрыты клеточной стенкой из целлюлозы. Поры в стенке позволяют пропускать воду и небольшие молекулы, а жесткость обеспечивает клетке механическую опору и защиту.

Функции клеточной оболочки

Клеточная оболочка выполняет следующие функции:

определяет и поддерживает форму клетки;
защищает клетку от механических воздействий и проникновения повреждающих биологических агентов;
отграничивает внутреннее содержимое клетки;
регулирует обмен веществ между клеткой и окружающей средой, обеспечивая постоянство внутриклеточного состава;
осуществляет узнавание многих молекулярных сигналов (например, гормонов);
участвует в формировании межклеточных контактов и различного рода специфических выпячиваний цитоплазмы (ресничек, жгутиков).

Механизмы проникновения веществ в клетку

Между клеткой и окружающей средой постоянно происходит обмен веществ. Ионы и небольшие молекулы транспортируются через мембрану путем пассивного или активного транспорта, макромолекулы и крупные частицы - путем эндо- и экзоцитоза.

Способ переносаНаправление переносаПереносимые веществаЗатраты энергииОписание способа

Диффузия: через липидный слой (пассивный транспорт)	По градиенту концентрации	O2, CO2, мочевина, этанол	Без затрат энергии (пассивный процесс)	Мелкие нейтральные молекулы просачиваются между молекулами липидов. Гидрофобные вещества, как правило, диффундируют быстрее гидрофильных. Ионы и крупные молекулы не могут пересечь липидный бислой
Диффузия: через белковые поры (пассивный транспорт)	Ионы (в том числе Ca2+, K+, Na+), вода	Трансмембранные (интегральные) белки могут иметь водные каналы, по которым ионы или полярные молекулы пересекают мембрану, минуя гидрофобные хвосты липидов
Облегченная диффузия (пассивный транспорт)	Глюкоза, лактоза, аминокислоты, нуклеотиды, глицерин	Белок-переносчик, находящийся в клеточной мембране, на одной стороне мембраны присоединяет молекулу или ион. Это изменяет форму молекулы переносчика, и его положение в мембране изменяется так, что молекула или ион выделяются уже с другой стороны мембраны
Активный транспорт	Против градиента концентрации	Na+ и K+, H+, аминокислоты в кишечнике, Ca2+ в мышцах, Na+ и глюкоза в почках	С затратами энергии (активный процесс)	Как и облегченная диффузия, осуществляется белками-переносчиками. Но в данном случае изменение формы молекулы переносчика (ее конформация) вызывается присоединением не молекулы переносимого вещества, а фосфатной группы, отделившейся от молекулы АТФ в ходе гидролиза.
Фагоцитоз	Крупные макромолекулы и твердые частицы	В месте контакта с частицами мембрана впячивается, затем формируется пузырек, который отшнуровывается от плазматической мембраны и поступает в цитоплазму. Характерен для амебоидных простейших, кишечнополостных, клеток крови - лейкоцитов, клеток капилляров костного мозга, селезенки, печени, надпочечников
Пиноцитоз	Капли жидкости	Поглощение капель жидкости по механизму, аналогичному фагоцитозу. Характерен для амебоидных простейших и клеток крови - лейкоцитов, клеток печени, некоторых клеток почек

Пассивный транспорт - перемещение веществ по градиенту концентрации; осуществляется без затрат энергии путем простой диффузии, осмоса или облегченной диффузии с помощью белков-переносчиков.

Диффузия - транспорт ионов и молекул через мембрану из области с высокой в область с низкой их концентрацией, т.е. по градиенту концентрации. Диффузия может быть простой и облегченной. Если вещества хорошо растворимы в жирах, то они проникают в клетку путем простой диффузии. Например, кислород, потребляемый клетками при дыхании, и углекислый газ в растворе быстро диффундируют через мембраны. Вода способна проходить также через мембранные поры, образованные белками, и переносить молекулы и ионы растворенных в ней веществ.

Осмос - диффузия воды через полупроницаемую мембрану из области с меньшей концентрацией солей в область с более высокой их концентрацией. Возникающее давление на полупроницаемую мембрану называют осмотическим. Клетки содержат растворы солей и других веществ, что создает определенное осмотическое давление. Живые клетки способны регулировать его, изменяя концентрацию веществ. Например, амебы имеют сократительные вакуоли для регуляции осмоса. В организме человека осмотическое давление регулируется системой органов выделения.

Облегченная диффузия - транспорт веществ в клетку через ионные каналы, образованные в мембране белками, с помощью белков-переносчиков, также находящихся в мембране. Таким образом попадают в клетку нерастворимые в жирах и не проходящие через поры вещества. Например, путем облегченной диффузии глюкоза поступает в эритроциты.

Активный транспорт - перенос веществ белками-переносчиками против градиента концентрации с затратами энергии. Например, транспорт аминокислот, глюкозы, ионов натрия, калия, кальция и др.

Эндоцитоз - поглощение веществ (путем окружения) выростами плазматической мембраны с образованием окруженных мембраной пузырьков. Экзоцитоз - выделение веществ из клетки (путем окружения) выростами плазматической мембраны с образованием окруженных мембраной пузырьков. Поглощение и выделение твердых и крупных частиц получило названия фагоцитоз и обратный фагоцитоз , жидких или растворенных частичек - пиноцитоз и обратный пиноцитоз соответственно.

Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ

В основе строения животных, как и всех других организмов, лежит клетка. Она представляет собой сложную систему, компоненты которой взаимосвязаны посредством разнообразных биохимических реакций. Точное строение конкретной клетки зависит от тех функций, которые она выполняет в организме.

Клетки растений, животных и грибов (всех эукариот) имеют общий план строения. У них есть клеточная мембрана, ядро с ядрышком, митохондрии, рибосомы, эндоплазматическая сеть и ряд других органелл и иных структур. Однако, несмотря на схожесть, животные клетки имеют свои характерные особенности, отличающие их как от клеток растений, так и грибов.

Животные клетки покрыты только клеточной мембраной . У них нет ни целлюлозной клеточной стенки (как у растений), ни хитиновой (как у грибов). Клеточная стенка жесткая. Поэтому, с одной стороны, она обеспечивает как бы внешний скелет (опору) клетке, но, с другой стороны, не дает возможности клеткам растений и грибов поглощать вещества захватом (фагоцитоз и пиноцитоз). Они их всасывают. Животные же клетки способны к такому способу питания. Клеточная мембрана эластична, что дает возможность в определенной степени менять форму клетки.

Обычно животные клетки мельче, чем клетки растений и грибов.

Цитоплазма - это внутреннее жидкое содержимое клетки. Она вязкая, так как представляет собой раствор веществ. Постоянное движение цитоплазмы обеспечивает перемещение веществ и компонентов клетки. Это способствует протеканию различных химических реакций.

Центральное место в животной клетке занимает одно большое ядро . У ядра есть собственная мембрана (ядерная оболочка), отделяющая его содержимое от содержимого цитоплазмы. В ядерной оболочке есть поры, через которые происходит транспорт веществ и клеточных структур. Внутри ядра находится ядерный сок (его состав несколько отличается от цитоплазмы), ядрышко и хромосомы . Когда клетка делится, то хромосомы скручиваются и их можно увидеть в световой микроскоп. В неделящейся клетки хромосомы имеют нитевидную форму. Они находятся в «рабочем состоянии». В это время на них происходит синтез различных типов РНК, которые в дальнейшем обеспечивают синтез белков. В хромосомах хранится генетическая информация. Это код, реализация которого определяет жизнедеятельность клетки, также он передается дочерним клеткам при делении родительской.

Митохондрии, эндоплазматическая сеть (ЭПС), комплекс Гольджи также имеют мембранную оболочку. В митохондриях происходит синтез АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). В ее связях запасается большое количество энергии. Когда эта энергия понадобится для жизнедеятельности клетки, АТФ будет постепенно расщепляться с выделением энергии. На ЭПС часто находятся рибосомы , на них происходит синтез белков. По каналам ЭПС происходит отток белков, жиров и углеводов в комплекс Гольджи , где эти вещества накапливаются и потом отщепляются в виде капелек, окруженных мембраной, по мере надобности.

У рибосом нет мембран. Рибосомы — одни из самых древних компонентов клетки, так как они есть у бактерий. В отличие от эукариот, в клетках бактерий нет настоящих мембранных структур.

В животной клетке есть лизосомы , которые содержат вещества, расщепляющие поглощенную клеткой органику.

В отличие от растительной клетки, у животной нет пластид, в том числе хлоропластов. В результате животная клетка не способна к автотрофному питанию, а питается гетеротрофно.

В животной клетке есть центриоли (клеточный центр), обеспечивающие образование веретена деления и расхождение хромосом в процессе деления клетки. Такой клеточной структуры у растительной клетки нет.

По строению различные эукариотические клетки сходны. Но наряду со сходством между клетками организмов различных царств живой природы имеются заметные отличия. Они касаются как структурных, так и биохимических особенностей.

На рисунках представлено схематичное и объемное изображение животной и растительной клеток с расположением в них органелл и включений.

Рисунок 10 - Схемы строения животной клетки.

Цитоплазма клетки содержит ряд мельчайших структур, выполняющих разнообразные функции. Эти клеточные структуры, ограниченные мембранами, получили название органелл. Ядро, митохондрии, лизосомы, хлоропласты –это клеточные органеллы. Органеллы могут быть отделены от цитозоля однослойной или двухслойной мембраной.

Главная функция мембраны состоит в том, что через нее движутся различные вещества из клетки в клетку. Таким образом осуществляется обмен веществ между клетками и межклеточным веществом. Также растительная клетка имеет жесткую клеточную стенку над мембраной. Клеточные стенки соседних клеток разделены серединной пластинкой, а для осуществления обмена веществ в клеточных стенках имеется система отверстий – плазмодесм.

На рисунке 11 представлены схемы строения растительной клетки.

Рисунок 11 – Схемы строения растительной клетки

Для растительной клетки характерно наличие различных пластид, крупной центральной вакуоли, которая иногда отодвигает ядро к периферии, а также расположенной снаружи плазматической мембраны клеточной стенки, состоящей из целлюлозы. В клетках высших растений в клеточном центре отсутствует центриоль, встречающаяся только у водорослей. Резервным питательным углеводом в клетках растений является крахмал.

Итак, основные органеллы животной и растительной клетки:

ядро и ядрышко; рибосомы; эндоплазматическая сеть (ЭПС), аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли, митохондрии, пластиды, клеточный центр (центриоли)

Цитоплазма представляет собой внутреннюю полужидкую среду клеток, ограниченную плазматической мембраной, в которой располагаются ядро и другие органоиды . Важнейшая роль цитоплазмы заключается в объединении всех клеточных структур и обеспечении их химического взаимодействия.

Здесь же сосредоточены и разнообразные

§ включения (временные образования) - содержащие нерастворимые отходы обменных процессов и запасные питательные вещества;

§ вакуоли;

§ тончайшие трубочки и нити, образующие скелет клетки.

В состав цитоплазмы входят все виды органических и неорганических веществ. Основное вещество цитоплазмы содержит значительное количество белков и воды. В ней протекают основные процессы обмена веществ, она обеспечивает взаимосвязь ядра и всех органоидов и деятельность клетки как единой целостной живой системы. Цитоплазма постоянно движется, перетекает внутри живой клетки, перемещая вместе с собой различные вещества, включения и органоиды. Это движение называется циклозом.

Делит все клетки (или живые организмы ) на два типа: прокариоты и эукариоты . Прокариоты - это безъядерные клетки или организмы, к которым относятся вирусы, прокариот-бактерии и сине-зеленые водоросли, у которых клетка состоит непосредственно из цитоплазмы, в которой расположена одна хромосома - молекула ДНК (иногда РНК).

Эукариотические клетки имеют ядро , в котором находятся нуклеопротеиды (белок гистон + комплекс ДНК), а также другие органоиды . К эукариотам относятся большинство современных известных науке одноклеточных и многоклеточных живых организмов (в том числе, и растений).

Строение ограноидов эукариотов.

Название органоида	Строение органоида	Функции органоида
Цитоплазма	Внутренняя среда клетки, в которой находится ядро и другие органоиды. Имеет полужидкую, мелкозернистую структуру.	Выполняет транспортную функцию. Регулирует скорость протекания обменных биохимических процессов. Обеспечивает взаимодействие органоидов.
Рибосомы	Мелкие органоиды сферической или эллипсоидной формы диаметром от 15 до 30 нанометров.	Обеспечивают процесс синтеза молекул белка, их сборку из аминокислот.
Митохондрии	Органоиды, имеющие самую разнообразную форму - от сферической до нитевидной. Внутри митохондрий имеются складки от 0,2 до 0,7 мкм. Внешняя оболочка митохондрий имеет двухмембранную структуру. Наружная мембрана гладкая, а на внутренней имеются выросты крестообразной формы с дыхательными ферментами.	Ферменты на мембранах обеспечивают синтез АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). Энергетическая функция. Митохондрии обеспечивают поставки энергии в клетку за счет высвобождения ее при распаде АТФ.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС)	Система оболочек в цитоплазме, которая образует каналы и полости. Бывает двух типов: гранулированная, на которой имеются рибосомы и гладкая.	Обеспечивает процессы по синтезу питательных веществ (белков, жиров, углеводов). На гранулированной ЭПС синтезируются белки, на гладкой - жиры и углеводы. Обеспечивает циркуляцию и доставку питательных веществ внутри клетки.
Пластиды (органоиды, свойственные только растительным клеткам) бывают трех видов:	Двухмембранные органоиды
Лейкопласты	Бесцветные пластиды, которые содержатся в клубнях, корнях и луковицах растений.	Являются дополнительным резервуаром для хранения питательных веществ.
Хлоропласты	Органоиды овальной формы, имеющие зеленый цвет. От цитоплазмы отделяются двумя трехслойными мембранами. Внутри хлоропластов находится хлорофилл.	Преобразуют органические вещества из неорганических, используя энергию солнца.
Хромопласты	Органоиды, от желтого до бурого цвета, в которых накапливается каротин.	Способствуют появлению у растений частей с желтой, оранжевой и красной окраской.
Лизосомы	Органоиды округлой формы диаметром около 1 мкм, имеющие на поверхности мембрану, а внутри - комплекс ферментов.	Пищеварительная функция. Переваривают питательные частицы и ликвидируют отмершие части клетки.
Комплекс Гольджи	Может быть разной формы. Состоит из полостей, разграниченных мембранами. Из полостей отходят трубчатые образования с пузырьками на концах.	Образует лизосомы. Собирает и выводит синтезируемые в ЭПС органические вещества.
Клеточный центр	Состоит из центросферы (уплотненного участка цитоплазмы) и центриолей - двух маленьких телец.	Выполняет важную функцию для деления клетки.
Клеточные включения	Углеводы, жиры и белки, которые являются непостоянными компонентами клетки.	Запасные питательные вещества, которые используются для жизнедеятельности клетки.
Органоиды движения	Жгутики и реснички (выросты и клетки), миофибриллы (нитевидные образования) и псевдоподии (или ложноножки).	Выполняют двигательную функцию, а также обеспечивают процесс сокращения мышц.

Ядро клетки является главным и самым сложным органоидом клетки, поэтому его мы рассмотрим

Эта особенность была утеряна в далеком прошлом одноклеточными организмами, которые породили . Большинство клеток, как животных, так и растений, имеют размер от 1 до 100 мкм (микрометров) и поэтому видны только с помощью микроскопа.

Самые ранние ископаемые свидетельства животных датируются Вендским периодом (650-454 миллионов лет назад). Первое закончилось этим периодом, но в течение последующего , взрыв новых форм жизни привел к появлению многих основных групп фауны, известных сегодня. Есть свидетельства, что животные появились до раннего (505-438 миллионов лет назад).

Строение животных клеток

Схема строения клетки животных

- самовоспроизводящиеся органеллы, состоящие из девяти пучков микротрубочек и встречающиеся только в клетках животных. Они помогают в организации деления клеток, но не являются существенными для этого процесса.
- необходимы для передвижения клеток. В многоклеточных организмах реснички функционируют для перемещения жидкости или веществ вокруг неподвижной клетки, а также для или группы клеток.
- сеть мешочков, которая производит, обрабатывает и переносит химические соединения внутри и снаружи клетки. Он связан с двуслойной ядерной оболочкой, обеспечивающей трубопровод между ядром и .
Эндосомы - мембранно-связанные везикулы, образованные совокупностью сложных процессов, известных как , и обнаружены в цитоплазме практически любой клетки животных. Основным механизмом эндоцитоза является обратное тому, что происходит во время или клеточной секреции.
- отдел распределения и доставки химических веществ клетки. Он модифицирует белки и жиры, встроенные в эндоплазматический ретикулум, а также подготавливает их к экспорту за пределы клетки.
Промежуточные филаменты - широкий класс волокнистых белков, которые играют важную роль как структурных, так и функциональных элементов . Они функционируют как элементы, которые помогают поддерживать форму и жесткость клетки.
- осуществляют пищеварительные функции, перерабатывая клеточные отходы.
Микрофиламенты - нити из глобулярных белков, называемые актином. Эти филаменты являются преимущественно структурными по своей функции и важным компонентом цитоскелета.
Микротрубочки - прямые, полые цилиндры, присутствующие в цитоплазме всех эукариотических клеток (у прокариот их нет) и выполняющие различные функции, от транспортировки до структурной поддержки.
- продолговатые органеллы, которые находятся в цитоплазме каждой эукариотической клетки. В клетке животных они являются основными генераторами энергии, превращая кислород и питательные вещества в энергию.