Строение клетки

1. Состав клетки
Поверхностный комплекс
Ядро с ядерным веществом (ДНК)
Цитоплазма
Органоиды
Включения

Основные части клетки
Клеточная оболочка (мембрана)
Ядро
Цитоплазма

Поверхностный аппарат клеток
Для того, чтобы поддерживать в себе необходимую концентрацию веществ, клетка должна быть физически отделена от своего окружения. Вместе с тем, жизнедеятельность организма предполагает интенсивный обмен веществ между клетками. Роль барьера между клетками играет поверхностный аппарат клеток, который состоит из:
Плазматической мембраны;
Надмембранного комплекса:
У животных – гликокаликс,
У растений – клеточная стенка.

Клеточная оболочка —(клеточная мембрана, плазматическая мембрана, плазмолемма, цитолемма, цитоплазматическая мембрана, цитоплазматическая оболочка) - оболочка, покрывающая поверхность клетки, обеспечивающая ее целостность и регулирующая обмен

Функции мембраны:
Барьерная
Избирательная проницаемость
Выведение из клетки продуктов обмена
Фагоцитоз
Пиноцитоз

История изучения мембраны
1935 г – Давсон и Даниели использовали химический анализ и установили, что в состав клеточной мембраны входят БЕЛКИ и ЛИПИДЫ

История изучения мембраны
1959 г – Роберстсон с помощью метода электронной микроскопии установил, что клеточная мембрана имеет трехслойное строение (Гипотеза элементарной мембраны) – 2 слоя белков окружают липидный слой

1972 год - Николсон и Сингер представили жидкостно- мозаичную модель строения клеточной мембраны
membranes.nbi.dk/.../News_engl.html

Клеточная мембрана- билипидный слой с мозаичным вкраплением белков
Слой жидких фосфолипидов имеет следующее строение: гидрофильные концы обращены наружу, а гидрофобные – друг к другу. Липидный слой служит растворителем для мембранных белков

Фосфолипиды
Гликокаликс
Гидрофильная часть
Молекулы белка
Гидрофобная часть

Мембранные белки
Содержат гидрофильные и гидрофобные участки (АМК). Гидрофобные взаимодействуют с липидным слоем. В зависимости от количества и величины этих участков, белки могут полностью погружаться в липиды мембраны или располагаться на ее поверхности

Белки мембраны
Интегральные
(трансмембранные)
Наружные
(периферические)
Полуинтегральные
(рецепторные)
Проходят через всю
толщу мембраны
Создают в мембране
гидрофильные поры
(транспорт веществ)
Погружены в толщу
фосфолипидных
слоев
Выполняют
рецепторные функции
Лежат снаружи
мембраны, примыкая
к ней
Выполняют
многообразные
функции ферментов
Белки-переносчики
Каналообразующие
белки

Мембранные белки
Периферические белки – гидрофильные, не взаимодействуют с липидами и располагаются на обеих поверхностях (скользят по поверхности).
Интегральные белки – гидрофобные – встраиваются внутрь и пронизывают оба липидных слоя. Такие белки имеют каналы или поры.
Полуинтегральные белки пронизывают один липидный слой
Липиды и белки удерживаются гидрофильно- гидрофобными взаимодействиями

Надмебранный комплекс:
На поверхности мембран имеются разветвленные структуры: белки +углеводы (моно- и полисахариды) – гликокаликс – выполняет рецепторную функцию (распознавание соседних клеток, сцепление и правильную ориентацию, а также взаимосвязь клеток многоклеточного организма)

Биологическая мембрана
Олигосахаридная боковая цепь
Интегральный белок
Фосфолипиды
Наружный (шаровидный)
белок
Холестерол

Мембрана клетки
Липидный слой
(обеспечивает основные структурные особенности мембраны)
Белки
(обеспечивают большинство функций: рецепторную, ферментативную, транспортную)

Свойства мембраны
Текучесть – липидный слой имеет жидкостную структуру, липиды перемещаются, меняя свое местоположение. Гидрофобные хвосты липидов свободно скользят относительно друг друга
Пластичность – может менять свою форму без потери внутренних контактов, т. К. отдельные липиды проникают через бислой и перемещаются в его плоскости.

Свойства мембраны
Способность к самозамыканию – при повреждении происходит спонтанное замыкание, препятствующее доступу воды в гиброфобный слой. Мембраны поврежденных клеток при определенных условиях могут входить в контакт и сливаться вместе
Избирательная проницаемость – через мембрану свободно проходят гидрофобные вещества (сливаются с липидами), мелкие незаряженные молекулы диффундируют через щели между липидами, а крупные полярные молекулы или незаряженные ионы – не проходят

Способы поступления веществ в клетку и выход из нее
Эндоцитоз (поступление в-в в клетку)
Простая диффузия
Осмос
Облегченная диффузия
Активный транспорт
Фагоцитоз
Пиноцитоз
Экзоцитоз (выделение в-в из клетки)

ЭНДОЦИТОЗ:
Простая диффузия - поступление в клетку ионов и мелких молекул через плазмолемму по градиенту концентрации без затрат энергии
Через липидный слой – гидрофобные –мочевина, этанол, кислород, углекислый газ
Через белковый канал (белковые поры) – гидрофильные - ионы (в т.ч. Ca, K, Na)

При облегчённой диффузии растворимое в воде вещество (глюкоза, АМК, лактоза, глицерин, нуклеотиды) соединяется с транспортируемыми белками (пермеазами) и проходит через мембрану по особому каналу, создаваемому белком-переносчиком. Скорость при этом увеличивается
! Процесс идет без затрат энергии

Осмос- диффузия воды через избирательно проницаемую мембрану - по градиенту концентрации (из зоны меньшей концентрации солей в зону их большей концентрации). Различие концентрации солей создает осмотическое давление.
!Процесс идет без затрат энергии!
На слайде - осмос в животной клетке (эритроцит)

Дополнительная информация….
Изотонические солевые растворы, приближающиеся по составу и свойствам к сыворотке крови, называют физиологическими. Изотоничны все жидкости организма (плазма крови, тканевая жидкость). Для человека изотоничен 0,9% р-р NaCl (физиологический раствор). В 0,6% р-ре соли эритроциты набухают и разрушаются (гемолиз), а в 1,3%-м р-ре теряют воду и сморщиваются (плазмолиз). Изотонические р-ры используют в медицине – вводят больному при сильном обезвоживании организма или при значительной потере крови. Гипертонические растворы используют для наложения повязок на раны. Как гипертонические растворы действуют солевые слабительные.

На слайде – осмос в растительной клетке – плазмолиз в клетках кожицы чешуи лука. Цитоплазма, окруженная плазмолеммой, вначале отстает от клеточной стенки, затем сморщивается и превращается в шарик.
Деплазмолиз наступает если восстановить концентрацию ионов в межклеточном пространстве – цитоплазма восстанавливает свой объем

Активный транспорт
Перемещение веществ против градиента концентрации с помощью транспортных белков – поринов и АТФ-аз с затратой энергии. Энергия выделяется при распаде молекул АТФ под действием фермента АТФ-азы. Так поступают в клетку ионы Na+ и K+, Н+, АМК в кишечнике, ионы Са в мышцах, Na+ и глюкоза в почках и др.
Примером активного транспорта в животных клетках является калий-натриевый насос, а в растительных – водородная помпа

Работа калий-натриевого насоса
В клетке много К+, а снаружи клетки – Na+. Если концентрация Na+ в цитоплазме клетки возросла, то начинается его выкачивание наружу:
- белок-переносчик (натрий-калиевая АТФаза) присоединяет к себе 3 иона Na+ и 1 остаток фосфорной кислоты (т.к. переносчик расщепляет АТФ до АДФ). Это называется фосфорилирование переносчика. Всё это переносчик доставляет к наружной поверхности мембраны.
-белок-переносчик присоединяет к себе 2 иона К+ с наружной поверхности мембраны и отдает 1 остаток фосфорной кислоты. Это называется дефосфорилированием. Ионы К+ доставляются внутрь клетки.
Таким образом концентрация ионов К+ внутри клетки и ионов Na+ снаружи клетки восстанавливается

При эндоцитозе мембрана образует впячивания в пузырьки или вакуоли
! процесс требует дополнительной энергии
Различают фагоцитоз – поглощение твёрдых частиц (например, лейкоцитами крови) – и пиноцитоз – поглощение жидкостей;
Вернуться

Экзоцитоз
экзоцитоз – процесс, обратный эндоцитозу; из клеток выводятся непереварившиеся остатки твёрдых частиц и жидкий секрет (гормоны, белки, капли жира).
! процесс требует дополнительной энергии
Вернуться

Межклеточные контакты
Простой контакт – щелевой контакт – между прилегающими друг к другу клетками
Контакт типа «замок» – впячивание мембран
Прочный межклеточный контакт - десмосомы – через поры в оболочке клетки. Поры выстланы мембраной и пронизаны тонкими цитоплазматическими нитями – плазмодесмами, связывающими цитоплазмы двух клеток. Плазмодесмы объединяют протопласты растительных клеток в единое целое и образуют непрерывную систему –симпласт – по которой осуществляется транспорт веществ

Простой межклеточный контакт

Прочный межклеточный контакт - десмосома

Цитоплазма
Цитопла́зма — (от греч. Итос — сосуд, здесь — клетка и плазма — образование) внутренняя среда живой клетки, ограниченная плазматической мембраной.
Цитоплазма состоит из:
-Гиалоплазмы
-Органоидов
-Включений
-Цитоскелета
Хим. состав цитоплазмы: 85% -вода,10% - белки, 5% -орг. в-ва и мин. соли.

Гиалоплазма (цитоплазматический матрикс)
Представлена однородным . мелкозернистым веществом. Это коллоидный раствор, который может находиться в виде жидкости (золя, цитозоль) или быть более упругим плотным веществом (гелем). В цитозоле протекают реакции внутриклеточного обмена. Гиалоплазма обеспечивает такие свойства цитоплазмы, как вязкость, эластичность, сократимость и движение (циклоз).
Цитоплазма эукариотической клетки разделена внутренними мембранами на отдельные отсеки – компартменты. Это позволяет разделять процессы, предотвращать смещивание в-в.

Цитоскелет
Цитоплазма эукариотических клеток пронизана трехмерной сеткой из белковых нитей (филаментов), называемой цитоскелетом. Различают микротрубочки, микрофиламенты и промежуточные филаменты.

Микротрубочки – тонкие трубочки диаметрром около 24 нм; их стенки толщиной около 5 нм образованы спирально упакованными глобулярными субъединицами белка тубулина. Образуют веретено деления, входят в состав жгутиков и ресничек, располагаются в цитоплазме клеток. Участвуют в расхождении дочерних хромосом при митозе и мейозе, в движении жгутиков и ресничек, перемещении органоидов и придают форму клеткам
Микрофиламенты – очень тонкие белковые нити (диаметр около 6 нм), образованные преимущественно белком актином. Переплетаются в тонкую густую сеть в цитоплазме. Вместе с микротрубочками обеспечивают двигательную активность гиалоплазмы, участвуют в эндоцитозе.

Промежуточные филаменты
Диаметр около10нм, образованы молекулами разных фибриллярных белков (цитокератин и др.). Выполняют в клетках опорную функцию.

Функции цитоплазмы
Перемещает вместе с собой различные вещества, включения и органоиды.
В ней протекают все процессы обмена веществ
Важнейшая роль цитоплазмы заключается в объединении всех клеточных структур (компонентов) и обеспечении их химического взаимодействия.

Постоянные
компоненты
Непостоянные
компоненты
Структурные
компоненты клетки
Выполняют специфические
жизненно важные
функции
Могут появляться или
исчезать в процессе
жизнедеятельности клетки
ОРГАНОИДЫ
ВКЛЮЧЕНИЯ

ОРГАНОИДЫ
Органоиды общего
назначения
Специальные
органоиды
Пластиды
Митохондрии
Лизосомы и т.д.
Реснички
Жгутики и т.д.

ОРГАНОИДЫ КЛЕТКИ
НЕМЕМБРАННЫЕ
МЕМБРАННЫЕ
Одномембранные
Двумембранные
Рибосомы
Клеточный центр
Эндоплазматическая
сеть
Комплекс Гольджи
Лизосомы
Вакуоли
Митохондрии
Пластиды

ЭПС (эндоплазматическая сеть) –система мембран, образующих каналы и полости, пронизывает гиалоплазму. ЭПС бывает двух типов: гладкая и шероховатая (гранулярная). Обнаружен в 1945 году амер уч. Портером (метод электронной микроскопии)
Гладкая ЭПС – не содержит на поверхности мембран ничего.
Функции:
Синтез углеводов и жиров
Транспорт в-в
Шероховатая ЭПС- содержит на поверхности рибосомы
Функции:
Синтез белков (нужных за пределами клетки или для построения других органоидов)
Транспорт в-в

Эндоплазматическая сеть

Эндоплазматическая сеть

Комлекс Гольджи-открыт в 1898 г. ит. уч. Гольджи. Представляет собой комплекс мембран в виде узких каналов, расширяющихся на концах в цистерны, от которых отпочковываются пузырьки. Каналы напоминают стопку наложенных друг на друга «блинов» (диктиосом).
Функции: накопление, сортировка и упаковка различных продуктов жизнедеятельности клетки; выведение их за пределы клетки; синтез лизосом и пероксисом

Лизосома
Лизосома – ограниченные мембраной шаровидные тела. Содержат около 40 гидролитических ферментов, которые осуществляют расщепление поступающих в клетку в-в. Ферменты активны при рН=5, именно такая кислая среда и поддерживается внутри лизосом. Лизосомы образуются в аппарате Гольджи – отшнуровываются в виде пузырьков с ферментами – первичные лизосомы. Первичные лизосомы сливаются с фагоцитозными пузырьками – образуются вторичные лизосомы (пищеварительные вакуоли) Были открыты в 1949 г. (при помощи электронного микроскопа).

Функции лизосом:
1. Переваривание в-в, поступивших в клетку
2. Автофагия (аутофагия)
3. Автолиз
Автофагия – переваривание ненужных клетке, отмерших структур, разрушенных клеточных органоидов.
Автолиз – самопереваривание внутриклеточного содержимого (хвост у головастика)

Пероксисома
Шаровидные тельца в 2-3 раза больше чем лизосомы. Содержат фермент каталазу, которая расщепляет пероксид водорода до воды с выделением кислорода. Пероксид водорода образуется в качестве побочного продукта и должен быть мгновенно разрушен.

Вакуоли – в растительных и животных клетках – разные и выполняют разные функции

Отличие вакуолей:
Растительные клетки содержат крупные вакуоли (у старой клетки – одна центральная вакуоль). Это заполненные жидкостью мешочки. Мембрана – тонопласт, а содержимое – клеточный сок, в котором находятся запасные питательные вещества, растворы пигментов, отходы жизнедеятельности, гидролитические ферменты и даже яды.
Функции:
1. Запасающая
2. Тургор
Животные клетки содержат мелкие вакуоли. Например, у простейших, вакуоли выполняют функцию пищеварения, выделение продуктов жизнедеятельности

Митохондрии
Открыты в 1890 году. Чаще всего вытянутой формы. В некоторых клетках достаточно крупные (можно увидеть в световой микроскоп). Они подвижны и пластичны. Их число разное в разных клетках.
Митохондрия – двумембранный органоид. Наружная мембрана – гладкая, а внутренняя имеет складки и выросты – кристы. Внутри митохондрии – цитоплазматический матрикс, котором расположены кольцевые молекулы ДНК (плазмиды), РНК, рибосомы, а также ферменты (участвуют в процессах кислородного дыхания клетки).
Функция: синтез АТФ

Пластиды - находятся только в растительных клетках и бывают трех типов:
Хлоропласты – зеленые пластиды, содержат зеленый пигмент – хлорофилл, осуществляют фотосинтез. Отктрыты в 1880-83гг
Хромопласты – красные, оранжевые и желтые пластиды, содердит пигменты – каратиноиды – придают окраску плодам и цветам
Лейкопласты – бесцветные пластиды – не содержат пигмента, запасают углеводы (крахмал), белки, жиры.

Типы пластид

Хлоропласты

Строение хлоропласта

Видоизменения пластид

Рибосомы
Мелкие сферические тельца (15-20 нм), состоящие из двух субъединиц: большой и малой, построены из белка и рРНК. Субъединицы между собой не связаны. Рибосомы бывают двух типов 80S (крупные) в эукариотических клетках и 70S (мелкие) – в прокариотических клетках. Располагаются на мембранах ЭПС,на наружной ядерной мембране, в цитоплазме, в пластидах и митохондриях.
Несколько рибосом способны присоединяться к иРНК образуя полисому.
Функции: участие в синтезе белка (этап трансляции)

Строение рибосомы

Клеточный центр (центросома)
Расположен вблизи ядра. Состоит из двух цилиндров –центриолей, окруженных центросферой. Центриоли располагаются перпендикулярно друг к другу. Стенки центриоли образованы девятью триплетами микротрубочек (9+0). Каждый триплет расположен под углом 45 к окружности.

Клеточный центр

Органоиды движения
Реснички и жгутики являются органоидами движения в основном одноклеточных организмов. Имеются они и у некоторых эукариотических клеток, образующих ткани многоклеточных организмов, например ресничный эпителий. Реснички и жгутики – это выросты цитоплазмы, снаружи окруженные плазматической мембраной. Внутри выростов находятся микротрубочки, сокращение которых приводит одноклеточный организм в движение или обеспечивает ток веществ по поверхности ткани.

Строение жгутика

Органоиды движения
Органоиды движения как и центриоли, состоят из микротрубочек, скомпонованных иначе. Стенки цилиндра образованы девятью парами (дуплетами) микротрубочек, а в центре располагаются еще две микротрубочки (9+2). Цилиндры жгутиков и ресничек связаны с базальным тельцем

Базальное тельце
Сходны по строению с центриолями клеточного центра: один цилиндр, состоящий из 9 триплетов микротрубочек (9+0). Отличие: к центру отходят белковые нити от каждого триплета, образуя подобие спиц. Располагаются у основания жгутиков и ресничек

Включения
Непостоянные структуры цитоплазмы клетки, содержание которых меняется в зависимости от функционального состояния клетки.
Типы включений:
Трофические – это запасы питательных веществ – зерна крахмала в растительных клетках, гликоген и капли жира в животных клетках.
Секреторные –являются продуктами жизнедеятельности клеток желез внешней и внутренней секреции – гормоны, ферменты, слизь, подлежащие выведению из клетки.
Экскреторные – продукты обмена веществ – кристаллы щавелевой кислоты, щавелевокислого кальция и др.

Включения

Ядро

Клеточное ядро
Кариолемма представлена двумя мембранами: наружная ядерная мембрана непосредственно переходит в мембраны ЭПС (на ней имеются рибосомы). В мембранах имеются поры. Функции: отделение ядерного содержимого, регуляция обмена веществ между ядром и цитоплазмой.
Кариоплазма (кариолимфа, нуклеоплазма) представлена: вода, минеральные соли, белки (ферменты), нуклеотиды, АТФ и разные виды РНК. Функции: обеспечивает взаимосвязи между ядерными структурами.
Хроматин – образован молекулами ДНК, белков-гистонов и содержит РНК. Это деспирализованные хромосомы, образующие гранулы и глыбки. Функции: хранение и передача генетической информации.

Клеточное ядро (продолжение)
В период между делениями клетки нити ДНК в основном деспирализованы, сосредоточены в центре ядра и носят название эухроматин (в них находятся гены, которые активно участвуют в синтезе РНК). Часть ДНК остается в плотно уложенном состоянии – гетерохроматин (эти части малоактивны).
Во время деления клетки ДНК сильно спирализуются и превращаются в хромосомы. Каждой молекуле ДНК соответствует одна хромосома.
Ядрышки –шарообразные, не окруженные мембраной, состоят из белков, рРНК и небольшого количества ДНК. Участок ДНК, на котором осуществляется синтез РРНК называется ядрышковым организатором. Функции: образуют субъединицы рибосом.