Животная клетка

Внутреннее строение

Все эукариотические ядра состоят из следующих структур и компонентов:

• двумембранная оболочка;
• кариоплазма;
• ядрышко;
• хроматин;
• нуклеиновые кислоты;
• белки, ферменты и т.д.

Химический состав ядер одинаков у представителей всех царств. Оно содержит практически всё Дезоксирибонуклеиновые кислоты клетки. Помимо ДНК, в жидкой части ядра также есть три виды РНК:

1. информационная РНК,
2. транспортная РНК
3. рибосомальная РНК.

Снаружи ядро покрыто ядерной оболочкой, состоящей из двух мембран. Между ними есть промежуток – перенуклеарное пространство. Ядерная оболочка отделяет содержимое ядра от цитоплазмы, а сообщение с остальной клеткой происходит через поры. Сами поры представляют собой сложную структуру, которая открывается и закрывается, регулируя контакт цитоплазмы клетки и кариоплазмы ядра. Бывают случаи непосредственной связи ядерной оболочки и других органелл, например с эндоплазматической сетью (ЭПС). Внешняя мембрана оболочки способна образовывать выросты, которые переходят в структуру ЭПС. Такой феномен необходим для сообщения межмембранного пространства ядерной оболочки и близлежащим органоидом. 

Внутри ядра находится кариоплазма (или нуклеоплазма) – основное содержимое важнейшего органоида. Имеет вид бесцветной жидкости. В ней свободно расположены хроматин, рибосомы, ядрышки, молекулы тРНК и иРНК и специфических ферментов. Эти ферменты участвуют в процессах метаболизма, синтеза и транспортировки РНК.

Хроматин – активная форма хромосом. Находится в ядре в формате тонких извилистых нитей, фибрилл, и гранул. Это функционирующая фаза генетического аппарата. Причем фибриллы более активны, чем гранулы. Выделяют два типа хроматина:

• Гетерохроматин – конденсированные участки хроматина, при участии красителей темнеют;
• Эухроматин – деконденсированные участки хроматина, слабо реагирующие на окрашивание.

Ядрышки (обычно 1-3 структур) располагаются в кариоплазме свободно и не имеют собственной оболочки, поэтому граница нечеткая. В их состав входят молекулы рРНК и ДНК, белки. Причем молекулы ДНК соединены с особыми белками – гистонами. Главной функцией выделяют синтез рибосомальной РНК, которые через поры попадают в цитоплазму для формирования субъединиц рибосом. Содержимое ядрышка можно разделить на фибриллярный и гранулярный компонент. Первый образован упакованными фибриллами, а второй похож на напоминает субъединицы рибосом. 

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Это высокополимерные структуры, состоящие из сахара, азотистого основания и фосфорного остатка. Несмотря на схожее строение, выделяют следующие отличия:

4.4. Строение и функции клеточного ядра

Ядро есть в любой эукариотической клетке. Ядро может быть одно, или в клетке могут быть несколько ядер (в зависимости от ее активности и функции).

Клеточное ядро состоит из оболочки, ядерного сока, ядрышка и хроматина. Ядерная оболочка состоит из двух мембран, разделенных перинуклеарным (околоядерным) пространством, между которыми находится жидкость. Основные функции ядерной оболочки: обособление генетического материала (хромосом) от цитоплазмы, а также регуляция двусторонних взаимоотношений между ядром и цитоплазмой.

Ядерная оболочка пронизана порами, которые имеют диаметр около 90 нм. Область поры (поровый комплекс) имеет сложное строение (это указывает на сложность механизма регуляции взаимоотношений между ядром и цитоплазмой). Количество пор зависит от функциональной активности клетки: чем она выше, тем больше пор (в незрелых клетках пор больше).

Основа ядерного сока (матрикса, нуклеоплазмы) – это белки. Сок образует внутреннюю среду ядра, играет важную роль в работе генетического материала клеток. Белки: нитчатые или фибриллярные (опорная функция), гетероядерные РНК (продукты первичной транскрипции генетической информации) и мРНК (результат процессинга).

Ядрышко – это структура, где происходят образование и созревание рибосомальных РНК (р-РНК). Гены р-РНК занимают определенные участки нескольких хромосом (у человека это 13–15 и 21–22 пары), где формируются ядрышковые организаторы, в области которых и образуются сами ядрышки. В метафазных хромосомах эти участки называются вторичными перетяжками и имеют вид сужений. Электронная микроскопия выявила нитчатый и зернистый компоненты ядрышек. Нитчатый (фибриллярный) – это комплекс белков и гигантских молекул-предшественниц р-РНК, которые дают в последующем более мелкие молекулы зрелых р-РНК. При созревании фибриллы превращаются в рибонуклеопротеиновые гранулы (зернистый компонент).

Хроматин получил свое название за способность хорошо прокрашиваться основными красителями; в виде глыбок он рассеян в нуклеоплазме ядра и является интерфазной формой существования хромосом.

Хроматин состоит в основном из нитей ДНК (40 % массы хромосомы) и белков (около 60 %), которые вместе образуют нуклеопротеидный комплекс. Выделяют гистоновые (пять классов) и негистоновые белки.

Гистонам (40 %) принадлежат регуляторная (прочно соединены с ДНК и препятствуют считыванию с нее информации) и структурная функции (организация пространственной структуры молекулы ДНК). Негистоновые белки (более 100 фракций, 20 % массы хромосомы): ферменты синтеза и процессинга РНК, репарации редупликации ДНК, структурная и регуляторная функции. Кроме этого, в составе хромосом обнаружены РНК, жиры, полисахариды, молекулы металлов.

В зависимости от состояния хроматина выделяют эухромати-новые и гетерохроматиновые участки хромосом. Эухроматин отличается меньшей плотностью, и с него можно производить считывание генетической информации. Гетерохроматин более компактен, и в его пределах информация не считывается. Выделяют конститутивный (структурный) и факультативный гетерохро-матин.

Структурная организация эукариотической клетки

Протопласт — это все живое содержимое клетки. Протопласт всех эукариотических клеток состоит из цитоплазмы (со всеми органоидами) и ядра.

Цитоплазма — это внутреннее содержимое клетки за исключением ядра, состоящее из гиалоплазмы, погруженных в нее орга-иелл и (в некоторых типах клеток) внутриклеточных включений (запасных питательных веществ и/или конечных продуктов обмена).

Гиалоплазма — основная плазма, матрикс цитоплазмы, основное вещество, являющееся внутренней средой клетки и представляющее собой вязкий бесцветный коллоидный раствор (содержание воды до 85%) различных веществ: белков (10%), сахаров, органических и неорганических кислот, аминокислот, полисахаридов, РНК, липидов, минеральных солей и т.п.

■ Гиалоплазма является средой для внутриклеточных реакций обмена и связующим звеном между органеллами клетки; она способна к обратимым переходам из золя в гель, ее состав определяет буферные и осмотические свойства клетки. В цитоплазме находится цитоскелет, состоящий из микротрубочек и способных сокращаться белковых нитей.

■ Цитоскелет определяет форму клетки и участвует во внутриклеточном перемещении органоидов и отдельных веществ. Ядро — самый крупный органоид эукариотической клетки, содержащий хромосомы, в которых хранится вся наследственная информация (подробнее см. ниже).

Структурные компоненты эукариотической клетки:

■ плазмалемма (плазматическая мембрана),
■ клеточная стенка (только у клеток растений и грибов),
■ биологические (элементарные) мембраны,
■ ядро,
■ эндоплазматическая сеть (эндоплазматический ретикулум),
■ митохондрии,
■ комплекс Гольджи,
■ хлоропласты (только у клеток растений),
■ лизосомы, s
■ рибосомы,
■ клеточный центр,
■ вакуоли (только у клеток растений и грибов),
■ микротрубочки,
■ реснички, жгутики.

Схемы строения животной и растительной клеток приведены ниже:

§ 10. Клеточная теория. Общий план строения клетки

Общий план строения клеток. Все клетки имеют единый принцип организации. Содержимое каждой из них отделено от внеклеточной среды цитоплазматической мембраной (плазмалеммой), а внутри находится цитоплазма с различными органоидами и генетический материал в виде ДНК. Однако в связи с особенностями строения клеток все клеточные формы жизни делятся на две группы — прокариоты, или доядерные, и эукариоты, или ядерные.

Как вы знаете, к прокариотам относятся бактерии, а к эукариотам — протисты, грибы, растения и животные. Клетки прокариот устроены сравнительно просто. Такие клетки не имеют ядра, их генетический материал (ДНК) находится непосредственно в цитоплазме. В эукариотических клетках есть ядро, отделенное от цитоплазмы двойной мембраной. Именно в нем содержатся молекулы ДНК.

Основными структурными компонентами клеток являются поверхностный аппарат, цитоплазма, а у эукариот также ядро (рис. 10.3, 10.4).

Поверхностный аппарат клетки является барьером, отделяющим ее содержимое от внеклеточной среды. Он обеспечивает обмен веществ, взаимодействие клетки с внешней средой и окружающими клетками. Поверхностный аппарат состоит из цитоплазматической мембраны и надмембранного комплекса.

Цитоплазматическая мембрана — основная часть поверхностного аппарата, характерная для всех клеток. Надмембранный комплекс клеток бактерий, грибов, растений и многих водорослей представлен прочной клеточной стенкой. Она обеспечивает защиту от внешних воздействий, придает клетке определенную форму. Надмембранным комплексом клеток животных является гликокаликс — тонкий слой, который состоит из молекул олиго- и полисахаридов, связанных с белками и липидами цитоплазматической мембраны.

Цитоплазма — это все внутреннее содержимое клетки, за исключением ядра, ограниченное цитоплазматической мембраной. Цитоплазма состоит из жидкой части — гиалоплазмы и погруженных в нее цитоскелета и органоидов. Гиалоплазма представляет собой раствор, содержащий различные органические и неорганические вещества. Она объединяет все клеточные структуры и обеспечивает их взаимодействие.

Цитоскелет эукариот является механическим каркасом цитоплазмы, обеспечивающим поддержание и изменение формы клеток, внутриклеточные движения и т. п. Долгое время считалось, что цитоскелетом обладают только эукариотические клетки, однако на сегодняшний день установлено, что он имеется и в прокариотических.

Органоиды (органеллы) — постоянные специализированные структуры цитоплазмы, которые осуществляют определенные функции, жизненно необходимые для клетки. В зависимости от строения выделяют немембранные, одномембранные и двумембранные органоиды. Мембранные органоиды характерны только для клеток эукариот.

Немембранными органоидами являются рибосомы, клеточный центр, миофибриллы, *жгутики и реснички*. К одномембранным органоидам относятся эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, вакуоли, к двумембранным — митохондрии и пластиды.

Ядро — важнейшая структура эукариотической клетки, ее информационный центр. В ядре содержатся молекулы ДНК, обеспечивающие хранение и реализацию наследственной информации, а также ее передачу дочерним клеткам при делении.

*Необязательными компонентами клетки являются включения. Они могут появляться и исчезать в зависимости от внешних условий и характера обмена веществ. Включения могут находиться непосредственно в гиалоплазме или внутри органоидов, например вакуолей. Выделяют несколько типов включений. Трофические включения представляют собой запасные питательные вещества — капли липидов, крахмальные зерна, гранулы гликогена и т. д. Секреторными включениями называют биологически активные вещества, которые синтезируются клеткой и подлежат выведению из нее (гормоны, некоторые ферменты, слизь и др.). Пигментные включения придают клеткам определенную окраску, как, например, гранулы меланина. К экскреторным включениям относят такие конечные продукты клеточного метаболизма, как кристаллы мочевой кислоты, оксалата кальция и т. п.*

Хлоропласт

Внешняя мембрана хлоропласта — гладкая, внутренняя образует мешкообразные структуры (тилакоиды). На мембране тилакоидов располагается зеленый пигмент хлорофилл, именно он придает различным частям растений их характерный зеленый цвет.

В свою очередь тилакоиды собираются в стопки (граны), объединенные мембраной (ламеллой).

Хлоропласт

Хлоропласты очень важны для растений, ведь в них происходит фотосинтез.

Как и у митохондрий, у хлоропластов есть собственные рибосомы и наследственный материал.

В заключение нашего знакомства с клеточными структурами стоит упомянуть плазматическую мембрану. Все вышеперечисленные органеллы, ядро и цитоплазма покрыты ею снаружи. Подобно барьеру мембрана отделяет внутреннее содержимое клетки от окружающей среды. Мембрана отнюдь не монолитна, вся ее поверхность пронизана каналами, через которые могут проходить вещества и частицы определенных размеров.

Ко всему прочему, растительные клетки дополнительно укреплены жесткой клеточной стенкой, которая прилегает к плазматической мембране снаружи.

Клеточная стенка состоит преимущественно из целлюлозы. О ней вы наверняка слышали в рамках советов о правильном питании, целлюлоза – это та самая клетчатка столь полезная для пищеварения.

{«questions»:[{«content»:»Какая клеточная органелла изображена на картинке?`image-1«choice-5`»,»widgets»:{«image-1»:{«type»:»image»,»url»:»https://obrazavr.ru/wp-content/uploads/2021/12/MTH_test.svg»,»width»:»-1″},»choice-5″:{«type»:»choice»,»options»:,»explanations»:[«Вы правы. Митохондрию легко узнать по складкам внутренней мембраны, по собственному наследственному материалу и рибосомам

В отличие от хлоропласта, митохондрия не содержит хлорофилла и не окрашена в зеленый.»,»»,»»,»»],»answer»:}},»step»:1,»hints»:}]}

Ядрышко

При электронном микроскопировании строение ядра эукариотической клетки выглядит более детальным, чем при рассмотрении под световым микроскопом. В частности, становятся заметны нити конденсированного и деспирализованного хроматина и ядрышко. Роль последнего заключается в синтезе рибосомальных субъединиц – комплексов белка и рибосомальных РНК.

Структура ядрышка двойственная. В его центре располагается фибриллярный компонент. Он представляет собой совокупность нитевидных молекул РНК, которые будут использованы для образования рибосом. К ним транспортируются белки, синтезированные на шероховатом ретикулуме эндоплазмы. Взаимодействуя, они образуют гранулярный компонент ядрышка – готовые субъединицы рибосом. Одна малая и одна большая субъединицы соединяются в цельную рибосому, которая выводится через поры кариолеммы в эндоплазматическую сеть. Там она будет синтезировать белки.

Органеллы клетки

Являются постоянными структурами и находятся в цитоплазме. Некоторые органеллы есть только у растений или животных. К органоидам клетки относятся:

• эндоплазматическая сеть (ЭПС);
• комплекс Гольджи;
• вакуоли;
• лизосомы;
• пластиды;
• митохондрии;
• рибосомы;
• клеточный центр (центросома).

Эндоплазматическая сеть (ЭПС)

Состоит из комплекса мембран и присуща только эукариотам. Выделяют гладкую (агранулярную) и шероховатую (гранулярную) ЭПС. Поверхность гранулярной усыпана рибосомами, из-за этого и возникает шероховатый рисунок. Главной функцией обеих разновидностей ЭПС является синтез и транспортировка веществ. Только шероховатая отвечает за синтез белков, а гладкая — углеводов и жиров. Также в эндоплазматической сети образуется аппарат Гольджи.

Комплекс Гольджи

Состоит из нескольких своеобразных полостей — мембран, которые называются цистернами. Комплекс Гольджи тесно связан с ЭПС. Вещества через мелкие пузырьки (визикулы) попадают в аппарат, где протекает аккумулирование, изменение, отделение и упаковка поступивших белков, липидов и углеводов.

Лизосомы и вакуоли

Лизосомы относятся к одномембранным органоидам и выглядят как мелкие сосуды, заполненные ферментами. Характерны только для животных. Ферменты расщепляются на ЭПС, проходят через комплекс Гольджи и трансформируются в лизосомы, которые переваривают органические вещества, уничтожают ненужные структуры.

Вакуоли — одномембранные органоиды, которые заполнены смесью органических и неорганических веществ. В растительных клетках существует кластер вакуолей мелкого размера, которые со временем объединяются в одну крупную. В них накапливается и хранится вода, происходит водно-солевой обмен.

Митохондрии, пластиды и рибосомы

Митохондрии — органеллы, которые имеют разную форму. Количество их может варьироваться. Митохондрии осуществляют биосинтез АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты).

Существует несколько типов: хлоропласты, участвующие в процессе фотосинтеза; лейкопласты — накапливают и сохраняют питательные вещества; хромопласты окрашивают цветы и плоды растений в разные цвета, что привлекает животных-опылителей и распространителей семян.

Рибосомы — немембранные органоиды, которые участвуют в синтезе белка.

Клеточный центр (центросома)

Характерен только для клетки животных; обычно состоит из двух центриолей.

Центриоль — немембранный белковый органоид, представляет собой цилиндр, образованный 9 триплетами микротрубочек. К функциональным особенностям клеточного центра относится формирование веретена деления.

Пероксисома

Пероксисома

Все пероксисомы содержат особый фермент, осуществляющий разложение перекиси водорода. На первый взгляд это может показаться удивительным, но в живых клетках перекись образуется в достаточно больших количествах. Это может быть опасно для клетки и ее структур. Пероксисомы разлагают перекись и так защищают клетку.

В домашних условиях можно провести простой эксперимент на обнаружение фермента пероксисомы. Попробуйте капнуть немного перекиси водорода на кусочек свежего огурца. Жидкость сразу же вспенится. Это перекись разложилась до газа и воды под действием ферментов пероксисомы.

Кариолемма

Основная особенность, согласно закономерностям которой заложено строение ядра клетки, заключается в наличии механического и химического барьера, отделяющего нуклеус от цитоплазмы. Это необходимо для разграничения сред с разной реакцией (кислой и основной).

Кариолемма – это двухслойная мембрана, наружная сторона которой прикреплена к шероховатой эндоплазматической сети. К внутренней же прикреплены фибриллярные белки ядерного матрикса. При этом между мембранами ядра существует перинуклеарное пространство. Функциональная его роль не выяснена. Предполагается, что оно возникло в результате отталкивания глицериновых остатков, имеющих одинаковый заряд. И главное: в кариолемме существует система пор, позволяющих рибосомам и информационной РНК попадать в эндоплазматическую сеть, а лигандам внутриядерных рецепторов передавать сигналы о необходимости синтеза определенных белков.

Существует компетентное, научно обоснованное мнение, объясняющее строение клетки: клеточная мембрана, ядро, эндоплазматическая сеть (гладкая и шероховатая) – это цельная структура. Она образована извитием мембраны и не имеет структурных разграничений. То есть одна и та же мембрана покрывает одновременно клетку снаружи, а за счет выпячиваний формирует место для ядра и эндоплазматической сети.

Лишь наличие митохондрий и хлоропластов объясняется другим образом. Принято считать, что митохондрия в филогенезе была отдельной клеткой, которая была захвачена эукариотами (или прокариотами). Частичное доказательство теории получено после открытия митохондриальной ДНК и нуклеиновой кислоты хлоропластов. Очевидно, что ранее эти органеллы были отдельными бактериями.