Из чего состоит клетка человека: строение и функции. Строение клетки живого организма Клеточное строение организмов

Цитология - наука, изучающая строение и функ­ции клеток. Клетка является элементарной струк­турной и функциональной единицей живых организ­мов. Клеткам одноклеточных организмов присущи все свойства и функции живых систем.

Клетки многокле­точных организмов дифференцированы по строению и функциям. Примеры: амеба, инфузории, эвглены, малярийные плазмодии - это самостоятельные ор­ганизмы, которым присущи все перечисленные выше свойства жизни

Химический состав клетки

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА КЛЕТКИ

Атомный состав: в состав клетки входит около 70 элементов периодической системы элементов Мен­делеева. 24 из них присутствуют во всех типах клеток. Такие элементы, как О, С, >ї, Н, в, Р, называются ор­ганогенами, так как входят в состав любых организ­мов. Элементный состав клетки делится на три основ­ные группы:

макроэлементы: О, С, К, Н, в, К, Са, Ш, Р; микро­элементы: Ее, С1, вц А1, Мп; ультрамикроэлемен­

ты: гп, Си, Вг, Е, I.

Молекулярный состав: в состав клетки входят моле­кулы неорганических и органических соединений.

К неорганическим веществам клетки относят воду. Молекула воды имеет нелинейную пространственную структуру и обладает полярностью. Между отдель­ными молекулами воды образуются водородные свя­зи, определяющие физические и химические свойства воды.

Именно наличие водородных связей обеспечивает процессы терморегуляции в организмах, транспорт растворов по стеблям растений, строение многих орга­нических соединений.

Физические свойства воды

и Высокая теплопроводность воды обеспечива­ет равномерное распределение тепла по всему объему жидкости, находящейся в клетках, что предохраняет организм от перегрева.

■ Высокая удельная теплоемкость. Для разрыва водородных связей, удерживающих молекулы воды, требуется поглотить большое количество энергии. Это свойство воды обеспечивает поддержание теплового баланса в организме.

■ Высокая теплота парообразования. Для испа­рения воды необходима достаточно большая энергия. Температура кипения воды выше, чем у многих дру­гих веществ. Это свойство воды предохраняет орга­низм от перегрева.

■ Молекулы воды находятся в постоянном дви­жении, сталкиваясь друг с другом в жидкой фазе.

■ Вода может находиться в трех состояниях - жид­ком, твердом и газообразном.

■ Сцепление и поверхностное натяжение. Водо­родные связи обуславливают вязкость воды и сцепле­ние её молекул с молекулами других веществ (когезия). Благодаря силам сцепления молекул на поверхности воды создается пленка, обладающая такой характери­стикой, как поверхностное натяжение.

и Плотность. При охлаждении движение моле­кул воды замедляется. Количество водородных связей между молекулами становится максимальным. Наи­большей плотности вода достигает при 4 °С. При за­мерзании вода расширяется (необходимо место для образования водородных связей) и ее плотность умень­шается. Поэтому лед плавает.

■ Способность к образованию коллоидных струк­тур. Молекулы воды образуют вокруг нерастворимых молекул некоторых веществ оболочку, препятствую­щую образованию крупных частиц. Такое состояние этих молекул называется дисперсным (рассеянным). Мельчайшие частицы веществ, окруженные молекула­ми воды, образуют коллоидные растворы (цитоплаз­ма, межклеточные жидкости).

Биологические функции воды

Транспортная функция

Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение про­дуктов метаболизма. В природе вода переносит про­дукты жизнедеятельности в почвы и к водоемам.

Метаболическая функция

■ Вода является средой для всех биохимических ре­акций.

■ Вода является донором электронов при фотосин­тезе.

■ Вода необходима для гидролиза макромолекул до их мономеров.

Вода участвует в образовании смазывающих жидко­стей и слизей, секретов и соков в организме.

Уменьшению трения способствуют следующие жид­кости организма: синовиальная (имеющаяся в суста­вах позвоночных животных), плевральная (в плевраль­ной полости), перикардиальная (в околосердечной сумке).

Слизи облегчают передвижение веществ по кишеч­нику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей и др.

Секреты - это слюна, слёзы, желчь, сперма и т. д. Неорганические ионы

К неорганическим ионам клетки относятся: ка­тионы К + , Ка + , Са 2+ , М£ 2+ , N1^ и анионы СГ,

N0", н 2 ро;, нсо;, нро 2 "

Разность между количеством катионов и анионов на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникно­вение потенциала действия, что лежит в основе нерв­ного и мышечного возбуждения

Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую pH внутрикле­точной среды организма на уровне 6-9.

Угольная кислота и её анионы создают бикарбонат- ную буферную систему и поддерживают pH внеклеточ­ной среды (плазмы крови) на уровне 7-4.

Соединения азота служат источником минераль­ного питания, синтеза белков, нуклеиновых кислот. Атомы фосфора входят в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, а также костей позвоночных, хитино­вого покрова членистоногих. Ионы кальция - входят в состав вещества костей; они также необходимы для осуществления мышечного сокращения, свёртывания крови.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ №3

1. Назовите макро- и микроэлементы клетки.

2. Какие физические свойства воды определяют ее биологическое значение?

3. В чем заключается различие между полярными и неполярными растворителями?

4. Какова роль катионов и анионов солей в организ­ме? Что такое буферная система?

5. Какое из свойств воды обусловлено ее полярно­стью?

а) теплопроводность; б) теплоемкость; в) способ­ность растворять неполярные соединения; г) способ­ность растворять полярные соединения.

6. У детей развивается рахит при недостатке:

а) марганца и железа; б) кальция и фосфора; в) меди и цинка; г) серы и азота.

7. Передача возбуждения по нерву объясняется:

а) разностью концентраций ионов натрия и калия внутри и вне клетки; б) разрывом водородных связей между молекулами воды; в) полярностью воды г) раз­ностью концентраций внутри клетки кальция и фос­фора.

ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА КЛЕТКИ

Углеводы, липиды

Общая формула углеводов С п (Н 2 0) п.

Растворимые в воде углеводы

Растворимые в воде углеводы выполняют в орга­низме следующие функции: транспортную, защитную, сигнальную, энергетическую.

Моносахариды. Глюкоза - основной источник энергии для клеточного дыхания. Фруктоза - со­ставная часть нектара цветов и фруктовых соков. Рибоза и дезоксирибоза - структурные элемен­ты нуклеотидов, являющихся мономерами РНК и ДНК.

Дисахариды. Сахароза (глюкоза + фруктоза) - основной продукт фотосинтеза, транспортируемый в растениях. Лактоза (глюкоза + галактоза) - вхо­дит в состав молока млекопитающих. Мальтоза (глю­коза + глюкоза) - источник энергии в прорастающих семенах.

Нерастворимые в воде углеводы

Полимерные углеводы, крахмал, гликоген, цел­люлоза, хитин, нерастворимы в воде.

Функции полимерных углеводов: структурная, за­пасающая, энергетическая, защитная.

Крахмал - состоит из разветвленных спирали- зованных молекул, образующих запасные вещества в тканях растений.

Целлюлоза - полимер, образованный остатками глюкозы, состоящими из нескольких прямых парал­лельных цепей, соединенных водородными связями. Такая структура препятствует проникновению воды и обеспечивает устойчивость целлюлозных оболочек растительных клеток.

Хитин - основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.

Гликоген - запасное вещество животной клетки.

Липиды - это сложные эфиры жирных кислот и глицерина. Нерастворимы в воде, но растворимы в неполярных растворителях. Присутствуют во всех клетках. Липиды состоят из атомов водорода, кисло­рода и углерода.

Виды липидов: жиры, воска, фосфолипиды, стеро- лы (стероиды).

Функции липидов

Запасающая - жиры откладываются в запас в тка­нях позвоночных животных.

Энергетическая - половина энергии, потребляе­мой клетками позвоночных животных в состоянии по­коя, образуется в результате окисления жиров. Жиры используются и как источник воды.

Защитная - подкожный жировой слой защищает организм от механических повреждений

Структурная - фосфолипиды входят в состав клеточных мембран.

Теплоизоляционная - подкожный жир помогает сохранить тепло.

Электроизоляционная - миелин, выделяемый клетками Шванна, изолирует некоторые нейроны, что во много раз ускоряет передачу нервных импульсов.

Питательная - желчные кислоты и витамин Б образуются из стероидов.

Смазывающая - воска покрывают кожу, шерсть, перья и предохраняют их от воды.

Восковым налетом покрыты листья многих растений, воск используется в строительстве пчелиных сот.

Гормональная - гормон надпочечников - корти­зон и половые гормоны имеют липидную природу. Их молекулы не содержат жирных кислот.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ №4

1. Какое из названных химических соединений не является биополимером?

а) белок; б) глюкоза; в) дезоксирибонуклеиновая кислота; г) целлюлоза.

2. Углеводы при фотосинтезе синтезируются из:

а) 0 2 и Н 2 0; б) С0 2 и Н 2 ; в) С0 2 и Н 2 0; г) С0 2 и Н 2 С0 3 .

3. В клетках животных запасным углеводом явля­ется:

а) целлюлоза; б) крахмал; в) муреин; г) гликоген.

4. Какое из указанных соединений имеет липидную природу?

а) гемоглобин; б) инсулин; в) тестостерон; г) пени­циллин.

5. Перечислите функции липидов в организме.

6. В каких органах растений и животных сосредото­чены жиры?

Белки - это биологические гетерополимеры, мо­номерами которых являются аминокислоты. По­лимеры, состоящие из аминокислот, называют полипептидами. Белки синтезируются в живых ор­ганизмах и выполняют в них определённые полез­ные функции.

Рис. Структура белка:

1 - первичная структура, 2 - вторичная структура, 3 - тре­тичная структура, 4 - четвертичная структура

Все белки являются полипептидами, но не все по­липептиды - белками. В состав белков может входить 20 различных аминокислот. Чередование разных ами­нокислот в полипептидной цепи позволяет получать огромное количество разных белков.

Последовательность аминокислот в молекуле белка образует его первичную структуру (рис. 1). Она, в свою

очередь, зависит от последовательности нуклеотидов в участке молекулы ДНК (гене), кодирующем данный белок.

Во вторичной структуре молекула белка имеет вид спирали (рис. 2). Между СО - и ИН - группа­ми аминокислотных остатков соседних витков спира­ли возникают водородные связи, удерживающие цепь. Молекула белка, имеющая сложную конфигурацию в виде глобулы, приобретает третичную структуру (рис. 3). Прочность этой структуры обеспечивается ги­дрофобными, водородными, ионными и дисулъфидны- ми связями.

Некоторые белки имеют четвертичную структуру, образованную несколькими полипептидными цепя­ми - третичными структурами (рис. 4). Четвертичная структура также удерживается слабыми нековалент­ными связями - ионными, водородными, гидро­фобными. Однако прочность этих связей невелика, и структура может быть легко нарушена. Нарушение (денатурация) четвертичной, третичной и вторичной структур обратимо. Разрушение первичной структуры необратимо.

Функции белков

и Каталитическая (ферментативная) - бел­ки ускоряют расщепление питательных веществ в пи­щеварительном тракте, фиксацию углерода при фото­синтезе, участвуют в реакциях матричного синтеза. Ферменты - это специфические белки, обладающие активным центром - участком молекулы, соответ­ствующим по геометрической конфигурации молеку­лам субстрата. Каждый фермент ускоряет одну и толь­ко одну реакцию (как в прямом, так и в обратном направлении). Скорость ферментативных реакций за­висит от температуры среды, уровня ее pH, а также от концентраций реагирующих веществ и концентрации фермента.

Фермент Фермент

Активный

Субстрат Продукты

■ Транспортная - белки обеспечивают актив­ный транспорт ионов через клеточные мембраны, транспорт кислорода и углекислого газа (гемоглобин), транспорт жирных кислот (сывороточный альбумин).

■ Защитная - антитела, обеспечивают иммунную защиту организма; фибриноген и фибрин защищают организм от кровопотерь.

■ Структурная - белки входят в состав клеточ­ных мембран; белок кератин образует волосы и ногти; белки коллаген и эластин - хрящи и сухожилия.

■ Сократительная - обеспечивается сократитель­ными белками - актином и миозином.

■ Сигнальная - белковые молекулы могут прини­мать сигналы и служить их переносчиками в организ­ме (гормонами). Следует помнить, что не все гормоны являются белками.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ № 5

1. Дайте определение понятию «белок».

2. Перечислите основные функции белков и объяс­ните, как строение белка определяет выполнение этих функций.

3. Приведите примеры различных белков.

4. Как образуется пептидная связь?

5. Объясните особенности структурной организации белковой молекулы.

6. Что такое денатурация?

Нуклеиновые кислоты. Реакции матричного синтеза

Структура молекулы ДНК была установлена в 1953 г. американцем Джеймсом Уотсоном и англичанином Френсисом Криком.

ДНК - линейный полимер, имеющий вид двойной спирали, образованной парой антипараллельных ком­плементарных цепей. Мономерами ДНК являются ну­клеотиды.

Каждый нуклеотид ДНК состоит из пуринового (А - аденин или Г - гуанин) или пиримидинового (Т - тимин или Ц - цитозин) азотистого основания, пятиуглеродного сахара - дезоксирибозы и фосфат­ной группы.

Молекула ДНК имеет следующие параметры: шири­на спирали, около 2 нм, шаг, или полный оборот спи­рали, - 3,4 нм. В одном шаге содержится 10 компле­ментарных пар нуклеотидов. Нуклеотиды в молекуле ДНК обращены друг к другу азотистыми основаниями и объединены парами в соответствии с правилами ком- плементарности: напротив аденина расположен тимин, напротив гуанина - цитозин. Пара А - Т соединена двумя водородными связями, а пара Г - Ц - тремя.

Остов цепей ДНК образован сахарофосфатными остатками.

Репликация ДНК - это процесс самоудвоения мо­лекулы ДНК, осуществляемый под контролем фермен­тов.

На каждой из цепей, образовавшихся после разры­ва водородных связей, при участии фермента ДНК-по- лимеразы синтезируется дочерняя цепь ДНК. Мате­риалом для синтеза служат свободные нуклеотиды, имеющиеся в цитоплазме клеток.

Синтез дочерних молекул на соседних цепях идет с разной скоростью. На одной цепи новая молекула со­бирается непрерывно, на другой - с некоторым отста­ванием и фрагментарно. После завершения процесса фрагменты новых молекул ДНК сшиваются фермен­том ДНК - лигазой. Так из одной молекулы ДНК возникает две, являющиеся точной копией друг дру­га и материнской молекулы. Такой способ репликации называется полуконсервативным.

Биологический смысл репликации заключается в точной передаче наследственной информации от ма­теринской молекулы к дочерним, что и происходит при делении соматических клеток.

РНК - линейный полимер, состоящий, как прави­ло, из одной цепи нуклеотидов. В составе РНК тимино­вый нуклеотид замещен на урациловый (У). Каждый нуклеотид РНК содержит пятиуглеродный сахар - рибозу, одно из четырех азотистых оснований и оста­ток фосфорной кислоты.

Матричная, или информационная, РНК. Синтези­руется в ядре при участии фермента РНК-полимера- зы. Комплементарна участку ДНК, на котором проис­ходит синтез. Составляет 5% РНК клетки. Рибосомная РНК - синтезируется в ядрышке и входит в состав рибосом. Составляет 85% РНК клетки. Транспортная

РНК (более 40 видов). Транспортирует аминокислоты к месту синтеза белка. Имеет форму клеверного листа и состоит из 70-90 нуклеотидов.

Реакции матричного синтеза

К реакциям матричного синтеза относят репли­кацию ДНК, синтез РНК на ДНК (транскрипцию), и синтез белка на мРНК (трансляцию), а также син­тез РНК или ДНК на РНК вирусов.

Молекула иРНК выходит в цитоплазму на рибосо­мы, где происходит синтез полипептидных цепей. Про­цесс перевода информации, содержащейся в последо­вательности нуклеотидов иРНК, в последовательность аминокислот в полипептиде называется трансляцией.

Определённая аминокислота доставляется к рибосо­мам определённым видом тРНК из цитоплазмы. тРНК (iантикодон) находит комплементарный триплет на иРНК (кодон) и отщепляет доставленную аминокисло­ту в белковую цепь. Подробнее процесс биосинтеза белка будет рассмотрен ниже.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ Мб

1. Расскажите о строении нуклеиновых кислот, сравнив их по составу и функциям, выполняемым в организме.

2. Какова последовательность реакций матричного синтеза?

3. Трансляция осуществляется в процессе

а) перевода информации с ДНК на РНК; б) репли­кации ДНК; в) перевода информации РНК в последо­вательность аминокислот в белке; г) репарации ДНК.

4. В каком случае правильно указан состав нуклео­тида ДНК?

а) рибоза, остаток фосфорной кислоты, тимин;

б) фосфорная кислота, урацил, дезоксирибоза; в) остаток фосфорной кислоты, дезоксирибоза, аденин;

г) остаток фосфорной кислоты, рибоза, гуанин.

Большинство живых организмов имеет клеточное строение. Клетка - это структурная и функциональная единица живого. Для нее характерны все признаки и функции живых организмов: обмен веществ и энергии, рост, размножение, саморегуляция. Клетки различны по форме, размеру, функциям, типу обмена веществ (рис. 47).

Рис. 47. Разнообразие клеток: 1 - эвглена зеленая; 2 - бактерия; 3 - растительная клетка мякоти листа; 4 - эпителиальная клетка; 5 - нервная клетка

Размеры клеток варьируют от 3-10 до 100 мкм (1 мкм = 0,001 м). Реже встречаются клетки размером менее 1-3 мкм. Существуют также и клетки-гиганты, размеры которых достигают нескольких сантиметров. По форме клетки также весьма разнообразны: шаровидные, цилиндрические, овальные, веретеновидные, звездчатые и т. д. Однако между всеми клетками много общего. Они имеют одинаковый химический состав и общий план строения.

Химический состав клетки. Из всех известных химических элементов в живых организмах встречаются около 20, причем на долю 4 из них: кислорода, углерода, водорода и азота - приходится до 95 %. Эти элементы называют элементами-биогенами. Из неорганических веществ, входящих в состав живых организмов, наибольшее значение имеет вода. Ее содержание в клетке колеблется от 60 до 98 %. Кроме воды в клетке находятся и минеральные вещества, в основном в виде ионов. Это соединения железа, иода, хлора, фосфора, кальция, натрия, калия и т. д.

Кроме неорганических веществ в клетке присутствуют и органические вещества: белки, липиды (жиры), углеводы (сахара), нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК). Они составляют основную массу клетки. Наиболее важными органическими веществами являются нуклеиновые кислоты и белки. Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) участвуют в передаче наследственной информации, синтезе белков, регуляции всех процессов жизнедеятельности клетки.

Белки выполняют целый ряд функций: строительную, регуляторную, транспортную, сократительную, защитную, энергетическую. Но самой важной является ферментативная функция белков.

Ферменты - это биологические катализаторы, ускоряющие и регулирующие все многообразие химических реакций, протекающих в живых организмах. Ни одна реакция в живой клетке не протекает без участия ферментов.

Липиды и углеводы выполняют в основном строительную и энергетическую функции, являются запасными питательными веществами организма.

Так, фосфолипиды вместе с белками строят все мембранные структуры клетки. Высокомолекулярный углевод - целлюлоза образует клеточную оболочку растений и грибов.

Жиры, крахмал и гликоген являются запасными питательными веществами клетки и организма в целом. Глюкоза, фруктоза, сахароза и другие сахара входят в состав корней и листьев, плодов растений. Глюкоза является обязательным компонентом плазмы крови человека и многих животных. При расщеплении углеводов и жиров в организме выделяется большое количество энергии, необходимой для процессов жизнедеятельности.

Клеточные структуры. Клетка состоит из наружной клеточной мембраны, цитоплазмы с органеллами и ядра (рис. 48).

Рис. 48. Комбинированная схема строения животной (А) и растительной (Б) клетки: 1 - оболочка; 2 - наружная клеточная мембрана; 3 - ядро; 4 - хроматин; 5 - ядрышко; 6 - эндоплазматическая сеть (гладкая и гранулярная); 7 - митохондрии; 8 - хлоропласты; 9 - аппарат Гольджи; 10 - лизосома; 11 - клеточный центр; 12 - рибосомы; 13 - вакуоль; 14 - цитоплазма

Наружная клеточная мембрана - это одномембранная клеточная структура, которая ограничивает живое содержимое клетки всех организмов. Обладая избирательной проницаемостью, она защищает клетку, регулирует поступление веществ и обмен с внешней средой, поддерживает определенную форму клетки. Клетки растительных организмов, грибов, кроме мембраны снаружи имеют еще и оболочку. Эта неживая клеточная структура состоит из целлюлозы у растений и хитина - у грибов, придает прочность клетке, защищает ее, является «скелетом» растений и грибов.

В цитоплазме, полужидком содержимом клетки, находятся все органоиды.

Эндоплазматическая сеть пронизывает цитоплазму, обеспечивая сообщение между отдельными частями клетки и транспорт веществ. Различают гладкую и гранулярную ЭПС. На гранулярной ЭПС находятся рибосомы.

Рибосомы - это мелкие тельца грибовидной формы, на которых идет синтез белка в клетке.

Аппарат Гольджи обеспечивает упаковку и вынос синтезируемых веществ из клетки. Кроме того, из его структур образуются лизосомы. Эти шарообразные тельца содержат ферменты, которые расщепляют поступающие в клетку питательные вещества, обеспечивая внутриклеточное переваривание.

Митохондрии - это полуавтономные мембранные структуры продолговатой формы. Их число в клетках различно и увеличивается в результате деления. Митохондрии - это энергетические станции клетки. В процессе дыхания в них происходит окончательное окисление веществ кислородом воздуха. При этом выделяющаяся энергия запасается в молекулах АТФ, синтез которых происходит в этих структурах.

Хлоропласты, полуавтономные мембранные органеллы, характерны только для растительных клеток. Хлоропласты имеют зеленую окраску за счет пигмента хлорофилла, они обеспечивают процесс фотосинтеза.

Кроме хлоропластов растительные клетки имеют и вакуоли, заполненные клеточным соком.

Клеточный центр участвует в процессе деления клетки. Он состоит из двух центриолей и центросферы. Во время деления они образуют нити веретена деления и обеспечивают равномерное распределение хромосом в клетке.

Ядро - это центр регуляции жизнедеятельности клетки. Ядро отделено от цитоплазмы ядерной мембраной, в которой имеются поры. Внутри оно заполнено кариоплазмой, в которой находятся молекулы ДНК, обеспечивающие передачу наследственной информации. Здесь происходит синтез ДНК, РНК, рибосом. Часто в ядре можно увидеть одно или несколько темных округлых образований - это ядрышки. Здесь образуются и скапливаются рибосомы. В ядре молекулы ДНК не видны, так как находятся в виде тонких нитей хроматина. Перед делением ДНК спирализуются, утолщаются, образуют комплексы с белком и превращаются в хорошо заметные структуры - хромосомы (рис. 49). Обычно хромосомы в клетке парные, одинаковые по форме, величине и наследственной информации. Парные хромосомы называются гомологичными. Двойной парный набор хромосом называется диплоидным. В некоторых клетках и организмах содержится одинарный, непарный набор, который называется гаплоидным.

Рис. 49. А- строение хромосомы: 1 - центромера; 2 - плечи хромосомы; 3 - молекулы ДНК; 4 - сестринские хроматиды; Б - виды хромосом: 1 - равноплечная; 2 - разноплечная; 3 - одноплечная

Число хромосом для каждого вида организмов постоянно. Так, в клетках человека 46 хромосом (23 пары), в клетках пшеницы 28 (14 пар), голубя 80 (40 пар). Эти организмы содержат диплоидный набор хромосом. Некоторые организмы, такие, как водоросли, мхи, грибы, имеют гаплоидный набор хромосом. Половые клетки у всех организмов гаплоидны.

Кроме перечисленных, некоторые клетки имеют специфические органоиды - реснички и жгутики, обеспечивающие движение в основном у одноклеточных организмов, но имеются они и у некоторых клеток многоклеточных организмов. Например, жгутики имеются у эвглены зеленой, хламидомонады, некоторых бактерий, а реснички - у инфузорий, клеток ресничного эпителия животных.

| |
§ 43. Основные критерии живого § 45. Особенности жизнедеятельности клетки

Похожие страницы

Клетки нашего организма разнообразны по строению и функциям. Клетки крови, костной, нервной, мышечной и других тканей внешне и внутренне сильно различаются. Вместе с тем практически все они имеют общие черты, характерные для животных клеток.

Мембранная организация клетки

В основе строения клетки человека лежит мембрана. Она, подобно конструктору, образует мембранные органоиды клетки и ядерную оболочку, а также ограничивает собой весь объём клетки.

Мембрана построена из двойного слоя липидов. С внешней стороны клетки на липидах мозаично размещаются белковые молекулы.

Избирательная проницаемость - основное свойство мембраны. Оно означает, что одни вещества мембраной пропускаются, а другие нет.

Рис. 1. Схема строения цитоплазматической мембраны.

Функции цитоплазматической мембраны:

• защитная;
• регуляция обмена веществ между клеткой и внешней средой;
• поддержание формы клеток.

Цитоплазма

Цитоплазма - это жидкая среда клетки. В цитоплазме располагаются органоиды и включения.

ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой

Функции цитоплазмы:

• резервуар воды для химических реакций;
• объединяет все части клетки и обеспечивает взаимодействие между ними.

Рис. 2. Схема строения клетки человека.

Органоиды

• Эндоплазматическая сеть (ЭПС)

Система каналов, пронизывающих цитоплазму. Участвует в обмене белков и липидов.

• Аппарат Гольджи

Расположен вокруг ядра, имеет вид плоских цистерн. Функция: передача, сортировка и накопление белков, липидов и полисахаридов, а также образование лизосом.

• Лизосомы

Имеют вид пузырьков. Содержат пищеварительные ферменты и осуществляют защитные и пищеварительные функции.

• Митохондрии

Синтезируют АТФ, вещество, являющееся источником энергии.

• Рибосомы

Осуществляют синтез белка.

• Ядро

Основные компоненты:

• ядерная мембрана;
• ядрышко;
• кариоплазма;
• хромосомы.

Ядерная мембрана отделяет ядро от цитоплазмы. Ядерный сок (кариоплазма) - жидкая внутренняя среда ядра.

Число хромосом никак не указывает на уровень организации вида. Так, у человека 46 хромосом, у шимпанзе 48, у собаки 78, у индюка 82, у кролика 44, у кошки 38.

Функции ядра:

• сохранение наследственной информации о клетке;
• передача наследственной информации дочерним клеткам при делении;
• реализация наследственной информации через синтез белков, характерных для этой клетки.

Органоиды специального назначения

Это органоиды, характерные не для всех клеток человека, а для клеток отдельных тканей или групп клеток. Например:

• жгутики мужских половых клеток , обеспечивающие их движение;
• миофибриллы мышечных клеток , обеспечивающие их сокращение;
• нейрофибриллы нервных клеток - нити, обеспечивающие передачу нервного импульса;
• фоторецепторы глаза и др.

Включения

Включения - это различные вещества, временно или постоянно находящиеся в клетке. Это:

• пигментные включения , придающие окраску, (например, меланин - коричневый пигмент, защищающий от ультрафиолетовых лучей);
• трофические включения , являющиеся запасом энергии;
• секреторные включения , расположенные в клетках желёз;
• экскреторные включения , например, капли пота в клетках потовых желёз.

. Всего получено оценок: 332.

Тело человека, как и тело всех многоклеточных организмов, состоит из клеток. Клеток в организме человека многие миллиарды - это его главный структурный и функциональный элемент.

Кости, мышцы, кожа - все они построены из клеток. Клетки активно реагируют на раздражение, участвуют в обмене веществ, растут, размножаются, обладают способностью к регенерации и передаче наследственной информации.

Клетки нашего организма очень разнообразны. Они могут быть плоскими, круглыми, веретенообразными, иметь отростки. Форма зависит от положения клеток в организме и выполняемых функций. Размеры клеток тоже различны: от нескольких микрометров (малый лейкоцит) до 200 микрометров (яйцеклетка). При этом, несмотря на такое многообразие, большинство клеток имеют единый план строения: состоят из ядра и цитоплазмы, которые снаружи покрыты клеточной мембраной (оболочкой).

Ядро есть в каждой клетке, кроме эритроцитов. Оно несет наследственную информацию и регулирует образование белков. Наследственная информация обо всех признаках организма хранится в молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

ДНК является основным компонентом хромосом. У человека в каждой неполовой (соматической) клетке их 46, а в половой клетке 23 хромосомы. Хромосомы хорошо видны только в период деления клетки. При делении клетки наследственная информация в равных количествах передается дочерним клеткам.

Снаружи ядро окружает ядерная оболочка, а внутри него находится одно или несколько ядрышек, в которых образуются рибосомы - органоиды, обеспечивающие сборку белков клетки.

Ядро погружено в цитоплазму, состоящую из гиалоплазмы (от греч. «гиалинос» - прозрачный) и находящихся в ней органоидов и включений. Гиалоплазма образует внутреннюю среду клетки, она объединяет все части клетки между собой, обеспечивает их взаимодействие.

Органоиды клетки - это постоянные клеточные структуры, выполняющие определенные функции. Познакомимся с некоторыми из них.

Эндоплазматическая сеть напоминает сложный лабиринт, образованный множеством мельчайших канальцев, пузырьков, мешочков (цистерн). В некоторых участках на ее мембранах расположены рибосомы, такую сеть называют гранулярной (зернистой). Эндоплазматическая сеть участвует в транспорте веществ в клетке. В гранулярной эндоплазматической сети образуются белки, а в гладкой (без рибосом)- животный крахмал (гликоген) и жиры.

Комплекс Гольджи представляет собой систему плоских мешочков (цистерн) и многочисленных пузырьков. Он принимает участие в накоплении и транспортировке веществ, которые образовались в других органоидах. Здесь также синтезируются сложные углеводы.

Митохондрии - органоиды, основной функцией которых является окисление органических соединений, сопровождающееся высвобождением энергии. Эта энергия идет на синтез молекул аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), которая служит как бы универсальным клеточным аккумулятором. Энергию, заключенную в ЛТФ, клетки затем используют на различные процессы своей жизнедеятельности: выработку тепла, передачу нервных импульсов, мышечные сокращения и многое другое.

Лизосомы, небольшие шарообразные структуры, содержат вещества, которые разрушают ненужные, утратившие свое значение или поврежденные части клетки, а также участвуют во внутриклеточном пищеварении.

Снаружи клетка покрыта тонкой (около 0,002 мкм) клеточной мембраной, которая отграничивает содержимое клетки от окружающей среды. Основная функция мембраны - защитная, но она воспринимает также и воздействия внешней для клетки среды. Мембрана не сплошная, она полупроницаема, через нее свободно проходят некоторые вещества, г. е. она выполняет и транспортную функцию. Через мембрану осуществляется и связь с соседними клетками.

Вы видите, что функции органоидов сложны и многообразны. Они играют для клетки ту же роль, что и органы для целостного организма.

Продолжительность жизни клеток нашего организма различна. Так, некоторые клетки кожи живут 7 дней, эритроциты - до 4 месяцев, а вот костные клетки - от 10 до 30 лет.

Клетка - структурная и функциональная единица тела человека, органоиды - постоянные клеточные структуры, выполняющие определенные функции.

Строение клетки

А знаете ли вы, что в такой микроскопической клетке содержится несколько тысяч веществ, которые кроме того еще и участвуют в различных химических процессах.

Если взять все 109 элементов, которые находятся в периодической системе Менделеева, то большинство из них обнаружено в клетках.

Жизненные свойства клеток:

Обмен веществ – Раздражимость - Движение

Клетки делятся на прокариотические и эукариотические. Первые - это водоросли и бактерии, которые содержат генетическую информацию в одной единственной органелле, - хромосоме, а эукариотические клетки, составляющие более сложные организмы, такие как человеческое тело, имеют четко дифференцированное ядро, в котором находится несколько хромосом с генетическим материалом.

Эукариотическая клетка

Прокариотическая клетка

Строение

Клеточная или цитоплазматическая мембрана

Цитоплазматическая мембрана (оболочка) - это тонкая структура, которая отделяет содержимое клетки от окружающей среды. Она состоит из двойного слоя липидов с белковыми молекулами толщиной примерно 75 ангстрем.

Клеточная мембрана сплошная, но у нее имеются многочисленные складки, извилины, и поры, что позволяет регулировать прохождение через нее веществ.

Клетки, ткани, органы, системы и аппараты

Клетки , Человеческий организм - слагаемое элементов, которые слаженно действуют, чтобы эффективно выполнять все жизненные функции.

Ткань - это клетки одинаковой формы и строения, специализированные на выполнении одной и той же функции. Различные ткани объединяются и образуют органы, каждый из которых выполняет конкретную функцию в живом организме. Кроме того, органы также группируются в систему для выполнения определенной функции.

Ткани:

Эпителиальная - защищает и покрывает поверхность тела и внутренние поверхности органов.

Соединительная - жировая, хрящевая и костная. Выполняет различные функции.

Мышечная - гладкая мышечная ткань, поперечнополосатая мышечная ткань. Сокращает и расслабляет мышцы.

Нервная - нейроны. Вырабатывает и передает и принимает импульсы.

Размер клеток

Величина клеток очень разная, хотя в основном она колеблется от 5 до 6 микронов (1 микрон = 0,001 мм). Этим объясняется тот факт, что многие клетки не могли рассмотреть до изобретения электронного микроскопа, разрешающая способность которого составляет от 2 до 2000 ангстрем (1 ангстрем = 0,000 000 1 мм).Размер некоторых микроорганизмов меньше 5 микрон, но есть и клетки-гиганты. Из наиболее известных - это желток птичьих яиц, яйцеклетка размером около 20 мм.

Есть еще более поразительные примеры: клетка ацетабулярии, морской одноклеточной водоросли, достигает 100 мм, а рами, травянистого растения, - 220 мм - больше ладони.

От родителей к детям благодаря хромосомам

Ядро клетки претерпевает различные изменения, когда клетка начинает делиться: исчезают оболочка и ядрышки; в это время хроматин становится более плотным, образуя в итоге толстые нити - хромосомы. Хромосома состоит из двух половин - хроматид, соединенных в месте сужения (центрометр).

Наши клетки, так же как и все клетки животных и растений, подчиняются так называемому закону численного постоянства, согласно которому число хромосом определенного вида постоянно.

Кроме того, хромосомы распределяются парами, идентичными между собой.

В каждой клетке нашего тела имеется 23 пары хромосом, представляющих собой несколько удлиненных молекул ДНК. Молекула ДНК принимает форму двойной спирали, состоящей из двух групп сахарофосфата, откуда в виде ступенек винтовой лестницы выступают азотистые основы (пурины и пирамидины).

Вдоль каждой хромосомы располагаются гены, ответственные за наследственность, передачу генных признаков от родителей к детям. Именно они определяют цвет глаз, кожи, форму носа и т. д.

Митохондрии

Митохондрии - это органеллы округлой или удлиненной формы, распределенные по всей цитоплазме, содержащие водянистый раствор ферментов, способные осуществлять многочисленные химические реакции, например клеточное дыхание.

С помощью этого процесса высвобождается энергия, которая необходима клетке для выполнения ее жизненных функций. Митохондрии находятся в основном в наиболее активных клетках живых организмов: клетках поджелудочной железы и печени.

Ядро клетки

Ядро, одно в каждой человеческой клетке, является ее основным компонентом, так как это организм, управляющий функциями клетки, и носитель наследственных признаков, что доказывает его важность в размножении и передаче биологической наследственности.

В ядре, размер которого колеблется от 5 до 30 микрон, можно различить следующие элементы:

• Ядерная оболочка. Она двойная и позволяет веществам проходить между ядром и цитоплазмой благодаря своей пористой структуре.
• Ядерная плазма. Светлая, вязкая жидкость, в которую погружены остальные ядерные структуры.
• Ядрышко. Сферическое тельце, изолированное или в группах, участвующее в образовании рибосом.
• Хроматин. Вещество, которое может принимать различную окраску, состоящее из длинных нитей ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты). Нити представляют собой частицы, гены, каждый из которых содержит информацию об определенной функции клетки.

Ядро типичной клетки

Клетки кожи живут в среднем одну неделю. Эритроциты живут 4 месяца, а костные клетки - от 10 до 30 лет.

Центросома

Центросома обычно находится рядом с ядром и играет важнейшую роль в митозе, или клеточном делении.

Она состоит из 3 элементов:

• Диплосома. Состоит из двух центриол - цилиндрических структур, расположенных перпендикулярно.
• Центросфера. Полупрозрачное вещество, в которое погружена диплосома.
• Астер. Лучистое образование из нитей, выходящих из центросферы, имеющее важное значение для митоза.

Комплекс Гольджи, лизосомы

Комплекс Гольджи состоит из 5-10 плоских дисков (пластин), в котором различают основной элемент - цистерну и несколько диктиосом, или скопление цистерн. Эти диктиосомы разъединяются и распределяются равномерно во время митоза, или деления клетки.

Лизосомы, «желудок» клетки, образуются из пузырьков комплекса Гольджи: они содержат пищеварительные ферменты, которые позволяют им переваривать пишу, поступающую в цитоплазму. Их внутренняя часть, или микус, выстлана толстым слоем полисахаридов, которые препятствуют тому, чтобы эти ферменты разрушили собственный клеточный материал.

Рибосомы

Рибосомы - это клеточные органеллы диаметром около 150 ангстрем, которые прикреплены к оболочкам эндоплазматического ретикулума или свободно размещаются в цитоплазме.

Они состоят из двух подъединиц:

• большая подъединица состоит из 45 молекул белка и 3 РНК (рибонуклеиновой кислоты);
• меньшая подъединица состоит из 33 молекул белка и 1 РНК.

Рибосомы объединяются в полисомы с помощью молекулы РНК и синтезируют белки из молекул аминокислот.

Цитоплазма

Цитоплазма - это органическая масса, расположенная между цитоплазматической мембраной и оболочкой ядра. Содержит внутреннюю среду - гиалоплазму - вязкую жидкость, состоящую из большого количества воды и содержащую белки, моносахариды и жиры в растворенном виде.

Она является частью клетки, наделенной жизненной активностью, потому что внутри нее двигаются различные клеточные органеллы и происходят биохимические реакции. Органеллы выполняют в клетке ту же роль, что и органы в человеческом теле: производят жизненно важные вещества, генерируют энергию, выполняют функции пищеварения и выведения органических веществ и т. д.

Примерно треть цитоплазмы составляет вода.

Кроме того, в цитоплазме содержится 30% органических веществ (углеводов, жиров, белков) и 2-3% неорганических веществ.

Эндоплазматический ретикулум

Эндоплазматический ретикулум - это структура в виде сети, образованная заворачиванием цитоплазматической оболочки в саму себя.

Считается, что этот процесс, известный как инвагинация, привел к появлению более сложных существ с большими потребностями в белках.

В зависимости от наличия или отсутствия рибосом в оболочках различают два типа сетей:

1. Эндоплазматический ретикулум складчатый. Совокупность плоских структур, соединенных между собой и сообщающихся с ядерной мембраной. К ней прикреплено большое количество рибосом, поэтому ее функция заключается в накоплении и выделении белков, синтезированных в рибосомах.

2. Эндоплазматический ретикулум гладкий. Сеть из плоских и трубчатых элементов, которая сообщается со складчатым эндоплазматическим ретикулумом. Синтезирует, выделяет и переносит жиры по всей клетке, вместе с белками складчатого ретикулума.

Хотите читать всё самое интересное о красоте и здоровье, подпишитесь на рассылку !