Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лекция № 3
Структура и функции клетки.
Клетка – элементарная единица живой системы. Клетка обладает всеми свойствами живой системы: она осуществляет обмен веществ и энергии, растет, размножается и передает по наследству свои признаки, реагирует на внешние раздражители и способна двигаться.
Основные положения клеточной теории такие:
Для всех клеток характерна способность к росту, размножению, дыханию, выделению, использованию и превращению энергии, они реагируют на раздражение.
Цитоплазма. Плазматическая мембрана. Эндоплазматическая сеть. Комплекс Гольджи и лизосомы.
Цитоплазма – обязательная часть клетки, заключенная между плазматической мембраной и ядром. Цитоплазма включает различные органоиды. Пространство между ними заполнено цитозолем – вязким водным раствором различных солей и органических веществ – цитоскелетом. В состав цитоплазмы входят: эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, пластиды, комплекс Гольджи, лизосомы, органоиды движения и др. Большинство химических и физиологических процессов клетки проходит в цитоплазме. Вновь синтезированные вещества перемещаются внутри клетки или выводятся из нее.
Плазматическая мембрана. Каждая клетка животных, растений, грибов отграничена от окружающей среды или других клеток плазматической мембраной. Наружная плазматическая мембрана осуществляет ряд функций, необходимых для жизнедеятельности клетки: защищает цитоплазму от физических и химических повреждений, делает возможным контакт и взаимодействие клеток в тканях и органах, избирательно обеспечивает транспорт в клетку питательных веществ и выделение конечных продуктов обмена.
Плазматическая мембрана состоит из липидов и белков. Липиды в мембране образуют двойной слой, а белки пронизывают всю ее толщу, погружены на разную глубину в липидный слой или располагаются на внешней и внутренней поверхности мембраны. К некоторым белкам, находящимся на наружной поверхности, прикреплены углеводы. Для переноса воды и различных ионов в клеточной мембране имеются поры, через которые в клетку пассивно поступают вода. Кроме того, существует активный перенос веществ в клетку с помощью специальных белков, входящих в состав плазматической мембраны. Он осуществляется на основе процессов фагоцитоза и пиноцитоза.
Захват плазматической мембраной твердых частиц и впячивание (втягивание) их внутрь клетки называют фагоцитозом («фагос» - пожирать и «цитос» - клетка). Это явление можно наблюдать, например, при захвате амебой более мелких одноклеточных организмов или при захвате бактерий, проникших в организм животного или человека, лейкоцитами крови.
Сходным образом попадают в клетку растворимые в жидкости мелкие частицы или молекулы. Плазматическая мембрана образует впячивание в виде тонкого канальца, в который и попадает жидкость с растворенными в ней веществами. От канальца затем отпочковываются пузырьки. Этот способ называют пиноцитозом («пино» - пью и «цитос» - клетка).
Лизосомы. Попадая в цитоплазму, пиноцитозные и фагоцитозные пузырьки передвигаются в ней и сливаются с лизосомами («лизео» - растворяю и «сома» - тело). В них находится набор ферментов, которые разрушают белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды. Ферменты лизосом расщепляют принесенные пиноцитозными или фагоцитозными пузырьками полимерные соединения до мономеров, усиливаемых клеткой.
Мембрана лизосом препятствует проникновению собственных ферментов в цитоплазму клетки, но если лизосома повреждается от каких-либо внешних воздействий, то разрушается вся клетка или часть ее. Осуществляя переваривание различных органических частиц, лизосомы обеспечивают дополнительным сырьем химические и энергетические процессы в клетке. При голодании клетки лизосомы переваривают некоторые органоиды, не убивая клетку. Такое частичное переваривание обеспечивает клетке на какое-то время необходимый минимум питательных веществ. Иногда лизосомы переваривают целые клетки и группы клеток, что играет существенную роль в процессах развития у животных.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) и рибосомы. Эндоплазматическая сеть является системой синтеза и транспорта органических веществ в цитоплазме клетки и представляет собой конструкцию из соединенных полостей, канальцев и трубочек. Они ограничены мембраной, сходной по строению с плазматической. К мембранам эндоплазматической сети прикреплено большое число рибосом – мельчайших органоидов клетки, имеющих вид сферы с диаметром в 20 нм и состоящих из рРНК и белков. На рибосомах и происходит синтез белков. Затем вновь синтезированные белки поступают в систему полостей и канальцев, по которым перемещаются внутри клетки. В цитоплазме клетки есть и свободные рибосомы.
Комплекс Гольджи. Поступающие в просветы полостей и канальцев эндоплазматической сети продукты биосинтеза концентрируются и транспортируются в специальный аппарат – комплекс Гольджи. Этот органоид, имеющий размер 5-10 мкм, состоит из 3-8 сложенных стопкой, уплощенных, слегка изогнутых, дискообразных полостей. Он выполняет в клетке разнообразные функции: участвует в транспорте продуктов биосинтеза к поверхности клетки и в выведении их из клетки, в формировании лизосом и т.д.
Цитоплазма. Митохондрии, пластиды, органоиды
движения, включения
Митохондрии. В цитоплазме клеток животных и растений расположены так называемые энергетические органоиды – митохондрии. Форма митохондрий различна. Число митохондрий зависит от функциональной активности клетки и может достигать десятка тысяч.
Митохондрии снаружи ограничены внешней мембраной, которая в основном имеет то же строение, что и плазматическая мембрана. Под наружной мембраной располагается внутренняя мембрана, образующая многочисленные складки – кристы. Внутри митохондрии находятся РНК, ДНК и рибосомы, отличающиеся от цитоплазматических. В ее мембраны встроены специфические ферменты, с помощью которых в митохондрии происходит преобразование энергии питательных веществ в энергию АТф, необходимую для жизнедеятельности клетки и организма в целом.
Пластиды. Это органоиды, свойственные только клеткам растений. Существует три вида пластид: зеленые хлоропласты, цветные (но не зеленые) хромопласты и бесцветные лейкопласты.
Хлоропласт по форме напоминает диск или шар диаметром 4-6 мкм с двойной мембраной – наружной и внутренней. Внутри хлоропласта имеются ДНК, рибосомы и особые мембранные структуры – граны, связанные между собой и с внутренней мембраной хлоропласта. В каждом хлоропласте около 50 гран, расположенных в шахматном порядке для лучшего улавливания света. В мембранах гран находится зеленый пигмент хлорофилл. Благодаря хлорофиллу в хлоропластах происходит превращение энергии солнечного света в химическую энергию АТФ. Энергия АТФ используется в хлоропластах для синтеза органических соединений, в первую очередь углеводов.
Хромопласты. Пигменты красного и желтого цвета, находящиеся в хромопластах, придают различным частям растений красную и желтую окраску. Корень моркови, плоды томатов окрашены благодаря пигментам, содержащимся в хромопластах. Сочетание хромопластов, содержащих различные пигменты, создает большое разнообразие окрасок цветков и плодов растений.
Лейкопласты являются местом накопления запасного питательного вещества – крахмала. Особенно много лейкопластов в клетках клубней картофеля. На свету лейкопласты могут превращаться в хлоропласты (в результате чего клубни картофеля зеленеют). Осенью хлоропласты превращаются в хромопласты и зеленые листья и плоды желтеют и краснеют.
Постоянное движение клетки. Органоиды движения. Многие клетки обладают способностью к движению. В жидкой среде перемещение клеток осуществляется движением жгутиков и ресничек. Так передвигаются многие одноклеточные, например, эвглена зеленая, жгутиконосец, инфузория и др. Некоторые виды бактерий движутся с помощью жгутиков, которые быстро вращаются, обеспечивая передвижение клетки. Амебы и другие простейшие организмы передвигаются с помощью выростов, образующихся на поверхности клеток.
Клетка находится в постоянном движении. При фагоцитозе и пиноцитозе происходит постоянное впячивание плазматической мембраны внутрь клетки, передвигаются лизосомы. ПУЗЫРЬКИ КОМПЛЕКСА Гольджи, митохондрии, движется сама цитоплазма.
Клеточное движение обеспечивается цитоскелетом, состоящим из микротрубочек, микронитей и клеточного центра. Микротрубочки – это длинные полые цилиндры, стенки которых состоят из белков. Из параллельно расположенных микротрубочек состоят жгутики и реснички клеток животных и растений. Жгутики отличаются от ресничек лишь длиной.
Ядро. Прокариоты и эукариоты.
Строение ядра. Клетки содержат несколько ядер, высшие животные, растения и грибы состоят из клеток, в которых находится одно ядро. Ядро окружено оболочкой, состоящей из 2 мембран, каждая из которых подобна плазматической мембране. Через определенные интервалы мембраны сливаются друг с другом, образуя отверстия – ядерные поры. Через них осуществляется активный обмен веществами между ядром и цитоплазмой.
В ядре хранится наследственная информация не только о всех признаках и свойствах данной клетки, о процессах, которые должны протекать в ней, но и о признаках организма в целом. Информация записана в молекулах ДНК, которые являются основной частью хромосом. В период между делениями клетки хромосомы представляют собой длинные, очень тонкие нити.
Средняя длина молекулы ДНК около 5 см. Выделяют 4 уровня упаковки ДНК в хромосоме. На первом уровне двойная спираль ДНК наматывается на белковый комплекс, которая содержит 8 молекул гистонов – белков с повышенным содержанием положительно заряженных аминокислотных остатков лизина и аргинина. Образуется структура, которая напоминает бусы на нитке. Каждая такая «бусинка» - нуклеосома, содержит около 150 пар нуклеотидов. На втором уровне нуклеосомы сближаются с помощью гистона. Образуется фибрилла. На третьем уровне формируются петли, содержащие от 20 000 до 80 000 пар нуклеотидов ДНК. В устье каждой петли находятся белки, которые узнают определенные нуклеотидные последовательности и при этом имеют сродство друг к другу. Перед делением клетки молекулы ДНК удваиваются, петли укладываются в стопки , хромосома утолщается и становится видимой в световой микроскоп. На четвертом уровне упаковки каждая хромосома состоит их двух идентичных хроматид, каждая из которых содержит по одной молекуле ДНК. Участок соединения хроматид называют центромерами.
Ведущая роль ядра в наследственности. В ядре клеток заключены хромосомы, которые содержат ДНК – хранилище наследственной информации. Этим определяется ведущая роль клеточного ядра в наследственности. Хотя ядру принадлежит ведущая роль в явлениях наследственности, из этого, однако, не следует, что только ядро ответственно за передачу всех свойств из поколения в поколение. В цитоплазме также существуют органоиды (хлоропласты и митохондрии), содержащие ДНК и способные передавать наследственную информацию.
Прокариоты и эукариоты. Все организмы, имеющие клеточное строение, делятся на две группы: доядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты).
Клетки прокариот, к которым относят бактерии, в отличие от эукариот, имеют простое строение. В прокариотической клетке нет организованного ядра, в ней содержится только одна хромосома и лежит она непосредственно в цитоплазме. Однако в ней также записана вся наследственная информация. Цитоплазма прокариот бедна по составу структур. Там находятся более мелкие рибосомы. Клетки прокариот покрыты плазматической мембраной, поверх которой располагается клеточная оболочка или слизистая капсула. Прокариоты независимые клетки.
Эукариоты. Для растительной клетки характерно наличие различных пластид, крупной центральной вакуоли, а также расположенной снаружи плазматической мембраны клеточной стенки.
В клетках представителей грибов клеточная стенка обычно состоит из хитина – полисахарида. Имеется центральная вакуоль, отсутствуют пластиды. Только у некоторых грибов встречается центриоль. Запасным углеводом в клетках грибов является гликоген.
В клетках животных отсутствует плотная клеточная стенка, нет пластид. Нет в животной клетке и центральной вакуоли. Резервным углеводрм также является гликоген.