| Головна |
| «« | ЗМІСТ | »» |
|---|
Мал. 1.3. Електронна м і крофотографія клітини Е. colt стрілкою показано розташування нуклсоіда, в якому міститься хромосома
Існує два великі класи клітин, що відрізняються за будовою і функціями. Найбільш древніми і простими за будовою є прокариотичні клітини. Основні властивості, характерні для прокаріотів, можна розглянути на прикладі бактерій. Це одні з найбільш простих за будовою клітин, що відрізняються малими розмірами і примітивним будовою. Вони не мають ядра, і їх генетичний матеріал не захищений додатковою внутрішньоклітинної мембраною. Як правило, бактерії отримують необхідну енергію з навколишнього середовища, причому глюкоза є основним її джерелом. Різновидом бактерій є синьо-зелені водорості, або ціанобактерії, що мають фотосистему, подібну рослинним клітинам. Ціанобактерії здатні фіксувати азот, вуглекислий газ і виділяти кисень. Таким чином, їх нормальна життєдіяльність може протікати при наявності тільки води і повітря.
Однією з найбільш вивчених прокаріотів клітин є кишкова паличка Escherichia coli (Е. co / i), що мешкає в шлунково-кишковому тракті багатьох тварин і людини (рис. 1.3).
Як і всі прокаріоти, Е. coli має клітинну стінку, до якої з внутрішньої сторони примикає клітинна мембрана. Крім великої двухцепочечной ДНК, локалізованої в нуклеоиде, Е. coli, подібно до інших прокариотам, містить кілька дрібних кільцевих ДНК, які називаються плазмідами. Бактерії здатні пересуватися у водному середовищі за допомогою мембранних структур, званих джгутиками. Найважливіша роль цитоплазматичної мембрани полягає у виборчому транспорті поживних речовин в клітку і продуктів метаболізму з клітки. У цитоплазмі Е. coli локалізовані рибосоми, секреторні гранули, а також запасники поживних речовин - жирів або вуглеводів. Для прокаріотів клітин характерне утворення ниткоподібних ассоциатов, які в певних умовах можуть диссоциировать на окремі клітини.
Еукаріотичні клітини містять ядро, цитоплазму, внутрішньоклітинні органели, а також цитоскелет. За розміром вони в багато разів перевищують клітини прокаріотів. Зокрема, діаметр середньої еукаріотичної клітини перевищує такий у прокаріотів в 10-15 разів. Ще більшою мірою відрізняється обсяг клітин. У еукаріот він може бути на три-чотири порядки більше, ніж у прокаріот. Відмінною особливістю еукаріотів є також наявність різних за будовою і виконуваних функцій внутрішньоклітинних органел (рис. 1.4).
Мал. 1.4. Еукаріотична клітина:
/ - ялро; 2 - ядерце; 3 - ядерна мембрана; 4 - мітохондрії; 5 - лізосоми; 6 - апарат Гольджі; 7- піноніточний бульбашка; 8 - клітинна мембрана;
9 - ендоплазматичнийретикулум
ядро є найбільшою внутрішньоклітинної органели і, безсумнівно, найбільш значимою, так як в ній локалізована генетичний матеріал клітини. Ядро обмежена двошарової мембраною, пронизаної великим числом ядерних пір, які спільно з ядерними рецепторами є основним інструментом ядерно-цітоплазмен- них взаємин. В ядрі є сферичне освіту, так зване ядерце. Форма його лабильна і може змінюватися в процесі функціонування клітини. У деяких клітинах локалізовано два і більше ядерець. Цей локус ядра є сховищем РНК, яка потім транспортується в цитоплазму. Іншу частину ядра займає хроматин, що складається з ДНК, білка і невеликої кількості РНК. В ядрі локалізовано понад 90% всієї клітинної ДНК, що утворює комплекс з ядерними білками.
мітохондрії входять до складу всіх еукаріотичних клітин. Число мітохондрій, їх форма і розміри залежать від типу і метаболічного статусу клітин.
Як правило, ці органели за розмірами можна порівняти з прокариотичними клітинами, що поряд з іншими фактами послужило підставою для наступного припущення: мітохондрії є
Мал. 1.5. Будова мітохондрій:
/ - внутрішня мембрана; 2 зовнішня мембрана; 3 - Крісті; 4 - вміст межмембранного простору; 5 - матрикс
Мал. 1.6. Псроксісоми з нирки коні: стрілками показані два Кристалоїди
прокариотичними клітинами, які вступили в симбіоз з клітинами еукаріотів (рис. 1.5). Мітохондрії обмежені подвійною мембраною, причому внутрішня має безліч складок, які називаються кристами. Внутрішнє простір заповнений гелеобразной рідиною - матриксом. І зовнішня, і особливо внутрішня мембрани мітохондрій оснащені ферментами, більшість з яких пов'язана з основною функцією мітохондрій - виробленням енергії, необхідної для процесів життєдіяльності. В мітохондріях міститься невелика кількість ДНК, РНК і рибосом. Набір цих структур забезпечує можливість автономного синтезу білка мітохондріями.
Пвроксісоми - внутрішньоклітинні органели з одношарової мембраною. Для них характерний тонкозернистий матрикс і чітко ідентифікуються ущільнення в центрі органели - так званий Кристалоїди. У пероксісо- мах локалізовані ферменти, що окислюють органічні кислоти, а також такі ферменти антіоксідазной системи, як каталаза і пероксидаза (рис. 1.6).
лізосоми також обмежені одношарової мембраною. Матрикс їх оптично неоднорідний і містить ряд ущільнень. У лізосомах локалізована набір гідролітичних ферментів, які беруть участь в руйнуванні продуктів клітинного метаболізму, причому за допомогою спеціального протонного насоса підтримується низьке значення pH (не більше 4,5), що сприяє ефективному гідролізу. Внутрішньоклітинні структури, що підлягають руйнуванню, надходять в лізосоми, де і піддаються гідролізу. Процес селекції і надходження в лізосоми тільки відпрацьованого матеріалу обумовлений його специфічним міченням. Так, нативні білки в лізосоми не надходять. Після закінчення ж часу функціонування відбувається їх інактивація цитоплазматичними протсіназамі або приєднання убіквітину, що є сигналом для транспорту в лізосоми модифікованого білка. Крім молекул, лізосоми можуть руйнувати органели або цілі клітини (мітохондрії, еритроцити). Процес транспорту речовин в лізосоми є енергозалежною і вимагає витрати енергії. У рослинних клітинах гідролітичні ферменти зазвичай локалізовані в вакуолях - прообраз лізосом.
апарат Гольджі розташований поблизу ядра і складається з ряду витягнутих у вигляді дисків одинарних мембран (рис. 1.7). Відіграє істотну роль в дозріванні і секреції білків. З апаратом Гольджі асоційовані так звані секреторні гранули, які після заповнення їх секретується матеріалом перемішається до клітинної мембрани, зливаються з нею і викидають вміст в позаклітинний простір. Перетинаючи мембрани апарату Гольджі, білки піддаються хімічній модифікації, яка визначає їх подальший транспорт. Секреторні і мембранні білки перемішуються в секреторні гранули, а дефектні надходять в л ізосоми.
цитоскелет складається з мікротрубочок, мікрофіламентів і мікротрабе- кулярной мережі. У свою чергу, мікротрубочки складаються з упакованих білкових ниток, побудованих з а- і Р-тубуліну і розташованих навколо порожнистої серцевини. Вони беруть участь в транспорті речовин і ділення клітин. Мікро- філаменти також складаються з ниток, що представляють собою намиста з'єднаних один з одним білкових молекул. Ці нитки сприяють різним клітинним переміщенням. Мікротрабекулярная мережу також складається з тонких білкових ниток, які сприяють стабілізації форми клітин.
цитозоль - рідке середовище клітини, в якій знаходяться багато клітинні компоненти, наприклад рибосоми, і різні макромолекули, які беруть участь в процесах клітинного метаболізму.
цитоплазматична мембрана обмежує розміри клітин. У тварин у зовнішній її частині (так званої клітинної оболонці) локалізовані рецептори - глікопротеїни, які беруть і передають сигнали всередину клітини. Крім того, в клітинній оболонці знаходяться сайти впізнавання родинних клітин; завдяки їм клітини знаходять і з'єднуються один з одним. Оболонка асоційована з двошаровою напівпроникною мембраною, яка селективно відбирає ті речовини, які необхідно пропускати в цитоплазму і елімінувати в позаклітинний простір. У рослин, крім мембрани, є клітинна стінка, пронизана великою кількістю отворів, необхідних для контакту клітин між собою і для обміну речовин.
Мал. 1.7. апарат Гольджі
Іншим істотною відмінністю рослинних клітин є наявність унікальних органел - хлоропластів, що перетворюють сонячну енергію в хімічну.
Сукупність біохімічних процесів, що протікають в клітинах і забезпечують їх життєдіяльність, називається обміном речовин або метаболізмом. У клітку постійно надходять метаболіти, які піддаються певним перетворенням, залучаючись до обмінні процеси. Ці процеси можна розділити на два типи: анаболічні, пов'язані з синтезом нових структур, і катаболичні - реакції деградації, розпаду складних речовин до більш простих. Процеси анаболізму і катаболізму пов'язані один з одним і в фізіологічних умовах протікають строго узгоджено. Крім обміну хімічних речовин, в клітинах постійно проходить обмін енергії. Хімічна форма енергії, що надійшла в клітку, витрачається на синтез життєво необхідних речовин, перетворюється в теплоту і виводиться в позаклітинний простір.