Структурно-функциональная организация

ЭУКАРИОТИЧЕСКОЙ КЛЕТКИ

Клетка обладает всеми свойствами живой системы: она осуществляет обмен веществ и энергии, растет, размножается и передает по наследству свои признаки, способна к саморегуляции и самообновлению, реагирует на внешние сигналы (раздражители). Вне клетки не существует настоящей жизнедеятельности. Поэтому ей принадлежит роль структурной и функциональной единицы жизни.

Цитология – наука о строении, химическом составе, функционирование и развитии клеток.

Методы цитологических исследований

Основными методами изучения клеток является световая микроскопия (рис 3.1.).

Рис. 3.1. Строение светового микроскопа

С помощью светового микроскопа изучают общий план строения клетки и ее органелл, размеры которых не меньше 200 нм(1мкм = 0,001мм, 1 нм = 0,001мкм).

Для изучения ультратонкого строения клеточных структур применяют электронные микроскопы, в которых вместо световых лучей используют пучок электронов. Разрешающая способность современных электронных микроскопов 0,1 нм. В электронном микроскопе видны биологические мембраны (толщина 6-10 нм), рибосомы (диаметр около 20 нм), микротрубочки (диаметр около 25 нм) и другие структуры.

Для изучения химического состава и локализации веществ в клетке используют методы цито - и гистохимии, основанные на избирательном воздействии красителей и реактивов на определенные химические вещества цитоплазмы.

Метод дифференциального (разделительного) центрифугирования – позволяет разделить содержимое клетки на отдельные разные по массе компоненты и затем детально изучить их химический состав.

Метод рентгеноструктурного анализа дает возможность определить пространственное расположение и физические свойства молекул (например, ДНК и белков).

Метод авторадиографии используют для регистрации путей миграции и биохимической активности веществ в клетке, меченных радиоактивными изотопами.

Многие процессы жизнедеятельности клеток, в частности деления клетки, изучают с помощью кино- и фотосъемки.

При исследовании строения и функции отдельных органелл клетки, применяют методы – микрохирургии - оперативного удаления отдельных органелл клетки, их пересаживание из клетки в клетку.

 

Основные структурные компоненты эукариотической клетки

Несмотря на многообразие форм все эукариотические клетки имеют сходный химический состав и единый принцип строения.

ОСНОВНЫЕ СТРУКТУРНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КЛЕТКИ

поверхностный аппарат

Надмембранный комплекс

Подмембранный комплекс

плазматическая мембрана

цитоплазма

ядро

гиалоплазма

органеллы

включения

 

ЦИТОПЛАЗМА

Состав цитоплазмы

гиалоплазма

органоиды

включения

одномембранные

двомембранные

немембранные

Цитоплазма – обязательная часть клетки, заключенная между плазматической мембранной и ядром. Представлена гиалоплазмой с находящимися в ней органоидами и включениями

Гиалоплазма (матрикс цитоплазмы, цитозоль) – прозрачный коллоидный раствор органических и неорганических соединений.

Из неорганических соединений в гиалоплазме преобладает вода (от 50 до 90%), имеются катионы Са²⁺, К⁺, анионы угольной и фосфорной кислот, растворенный кислород, углекислый газ и другие газы.

Органические соединения представлены белками, аминокислотами, липидами, углеводами, разными типами РНК, отдельными нуклеотидами.

Гиалоплазма может пребывать в жидком (золь) или гелеобразном (гель) состояниях. Переход из одного состояния в другое обусловлен изменением содержания и конформации белка актина. Физическое состояние гиалоплазмы влияет на скорость биохимических реакций.

Функции гиалоплазмы:

1. Является внутренней средой, в которой происходят многие химические процессы энергетического и пластического обмена, и в частности:

· процессы бескислородного энергетического обмена с образованием незначительного количества АТФ;

· процессы синтеза белка на рибосомах с участием иРНК, тРНК.

2. Объединяет все клеточные структуры и обеспечивает взаимодействие между ними.

Для цитоплазмы живой клетки характерно постоянное движение ее коллоидных частиц и других компонентов (циклоз). Циклоз обеспечивает транспорт веществ и перемещение органелл (например, движение хлоропластов, пищеварительных вакуолей), оптимизацию процессов обмена веществ, удаление продуктов метаболизма из клетки.

В гиалоплазме имеется сложная сеть микротрубочек и микрофиламентов, которые образуют подмембранный комплекс клетки – ее цитоскелет (рис.3.2.)

 

Рис. 3.2. Цитоскелет

Микрофиламенты – это тонкие нити (диаметром 4-7 нм) из сократительных белков (актина, миозина). Они пронизывают цитоплазму и образуют сплетение под плазматической мембраной. В мышечных клетках актин и миозин образуют сократительный комплекс – миофибриллы.

Микрофиламенты принимают участие:

· в изменении формы клеток (например, при амебовидном движении лейкоцитов);

· в процессах экзо- и эндоцитоза;

· в изменении консистенции гиалоплазмы;

· в делении животной клетки (формируют сократительный поясок при делении цитоплазмы).

Микротрубочки -полые цилиндры диаметром 20-30 нм, состоящие в основном из белка тубулина.

Они принимают участие:

· в транспорте веществ внутри клетки;

· в перемещении органоидов, прикрепляясь своими концами к разным структурам или молекулам;

· в формировании веретена деления эукариотических клеток;

· входят в состав ресничек, жгутиков, центриолей.

Элементы цитоскелета являются динамической системой и могут претерпевать изменения в процессе клеточного цикла и под воздействием эндо- и экзогенных факторов.

 

Включения

Это непостоянные компоненты цитоплазмы, содержание которых меняется в зависимости от функционального состояния клетки. Они выполняют определенные функции, необходимые для жизнедеятельности клетки. Различают трофические, секреторные включения, экскреторные.

Трофические включения – это различные запасы питательных веществ. В растительных клетках представлены крахмальными и белковыми зернами, липидными каплями. В животных клетках – капли жира, глыбки гликогена и желток в яйцах.

Секреторные включения являются продуктами функционирования желез внутренней секреции (ферменты, гормоны, капельки слюны и др.).

Экскреторные включения содержат продукты обмена веществ (ненужные или вредные), подлежащие выведению из клетки и организма (например, мочевая кислота в клетках почек, желчные пигменты в клетках печени, кристаллы оксалата кальция в клетках растений.

 

Органоиды цитоплазмы

Органоиды – это постоянные специализированные участки цитоплазмы, имеющие определенное строение и выполняющие определенные функции в клетке.

Выделяют две большие группы органелл:

· Органеллы общего значения – обязательны для жизнедеятельности всех клеток.

· Специальные органеллы – характерны для клеток с узкой специализацией (миофибриллы – в мышечных клетках, жгутики, реснички, пульсирующие и пищеварительные вакуоли – в клетках простейших).

Большинство органоидов имеет мембранное строение. Среди них выделяют двумембранные (митохондрии, пластиды, ядро) и одномембранные (аппарат Гольджи, эндоплазматический ретикулум, лизосомы, вакуоли растительных и грибных клеток, пульсирующие вакуоли, пероксисомы).

Немембранное строение имеют клеточный центр, рибосомы, органеллы движения клетки – жгутики, реснички, миофибриллы.