4. СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ

• Каково строение клеток? Чем растительная клетка отличается от животной?
• Каковы строение и функции органоидов клетки?

Клетки — элементарные единицы жизни, но каждая из них обладает достаточно сложными внутриклеточными образованиями, которые обеспечивают все её функции: питание, дыхание, рост, размножение и др. Эти внутриклеточные образования называют органоидами. Несмотря на огромное разнообразие клеток, их органоиды в основном очень схожи.

Подавляющее большинство клеток имеет оформленное ядро, обладающее особой оболочкой. Такие клетки называют эукариотическими. Любые клетки, в том числе и эукариотические, отграничены от окружающей среды биологической мембраной, называемой цитоплазматической или клеточной мембраной. Строение этой мембраны (рис. 13) одинаково у всех клеток (за исключением древнейших микроорганизмов архей). В основе её строения лежит двойной слой липидов (жироподобных органических веществ), в котором расположены мембранные белки, выполняющие различные функции. Толщина мембраны составляет 8 нм. Растительные клетки поверх клеточной мембраны покрыты клеточной стенкой, состоящей из целлюлозы, а у животных клеток белки наружной мембраны могут содержать цепочки углеводов (см. рис. 13).

Клеточное ядро — один из важнейших компонентов эукариотической клетки (рис. 14). Обычно ядро находится в центральной части клетки и отграничено от внутреннего содержимого клетки — цитоплазмы — оболочкой, состоящей из двух мембран. В этой оболочке есть поры, которые обеспечивают перенос веществ из ядра в цитоплазму и в обратном направлении. В ядре находится ядерный сок, а также хроматин и ядрышки.

Хроматин — важнейший компонент ядра, состоящий из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и белков. Хроматин виден только в неделящейся клетке. Но когда наступает пора делиться, нити хроматина укладываются в плотные, хорошо видимые под микроскопом тельца — хромосомы.

Ядрышки — плотные шарообразные тельца, состоящие из рибонуклеиновой кислоты (РНК) и белков. Образуются ядрышки в определённых местах хроматина, они необходимы для формирования важных клеточных органоидов, на которых синтезируются белки, — рибосом.

Внутренняя среда клетки — это цитоплазма. На электронных микрофотографиях видно, что цитоплазма пронизана огромным количеством белковых трубочек и нитей, образующих так называемый цитоскелет. Цитоскелет поддерживает форму клетки, обеспечивает перемещение органоидов в цитоплазме клетки, активный внутриклеточный транспорт, а также выполняет ряд других важных функций.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) — это сеть канальцев и уплощённых цистерн, пронизывающая цитоплазму клетки (рис. 15). Построена эта сеть из мембран. В клетке существует два вида ЭПС: гладкая и гранулированная (шероховатая), на которой расположено множество рибосом, занятых синтезом белка. В канальцах гладкой ЭПС синтезируются углеводы и липиды. Кроме синтеза веществ, ЭПС выполняет транспортную функцию, обеспечивая перемещение целого ряда веществ по клетке.

Рибосомы — маленькие органоиды, различимые только с помощью электронного микроскопа. Они образованы двумя субъединицами, каждая из которых состоит из рибонуклеиновой кислоты и белков. Функция рибосом — синтез белков, и больше всего этих органоидов — на гранулированной ЭПС. Обе субъединицы рибосом синтезируются в ядре, а именно в ядрышках, затем выходят в цитоплазму, где соединяются в единую рибосому.

Комплекс, или аппарат, Гольджи (АГ) — это сеть из цистерн и полостей, образованных мембранами. Обычно АГ находится рядом с ядром (рис. 16). В нём вещества, синтезируемые клеткой, накапливаются и упаковываются в мембранные пузырьки, которые могут выделиться из клетки. Так, например, из клеток желёз внутренней секреции выводятся гормоны. Таким образом, аппарат Гольджи служит своеобразным «цехом», который обеспечивает сортировку, упаковку и транспортировку различных веществ в клетке и из клетки.

Лизосомы — небольшие пузырьки, ограниченные мембраной. Они содержат комплекс ферментов, обеспечивающих расщепление липидов, белков, углеводов. Пищевые частицы попадают в клетку и образуют пищеварительные вакуоли, с которыми сливаются лизосомы. Переварившиеся вещества попадают в цитоплазму, а не переварившиеся выбрасываются из клетки. Формируются лизосомы в аппарате Гольджи.

Митохондрии — небольшие органоиды с двумя мембранами: наружной гладкой и внутренней складчатой. Складки и выступы внутренней мембраны называют кристами (рис. 17). В митохондриях при участии кислорода происходит окисление органических веществ, а высвобождающаяся энергия запасается в виде универсального энергоёмкого соединения — АТФ. Процесс синтеза АТФ требует участия многих ферментов, которые располагаются на кристах. Митохондрии содержат собственную ДНК и способны размножаться.

Пластиды — это органоиды растительных клеток (рис. 18). Наиболее распространены хлоропласты, имеющие зелёную окраску. Хлоропласты, как и митохондрии, образованы двумя мембранами, причём внутренняя вдаётся в полость хлоропласта, формируя плоские мешочки — тилакоиды. Тилакоиды собраны в стопки и образуют граны. В одном хлоропласте может быть много гран. На мембранах тилакоидов расположен зелёный пигмент хлорофилл, необходимый для процесса фотосинтеза. Хлоропласты, как и митохондрии, содержат ДНК и могут размножаться делением.

Хромопласты — пластиды, содержащие жёлтые и красные пигменты, придающие окраску цветкам, плодам, осенним листьям.

Лейкопласты — бесцветные пластиды, синтезирующие и накапливающие питательные вещества, например крахмал в клубнях картофеля.

Клеточный центр — это органоид эукариот. В клетках животных, высших грибов и водорослей он образован двумя центриолями (рис. 19) — цилиндрами из белковых микротрубочек, расположенными перпендикулярно друг другу. Клеточный центр необходим для построения цитоскелета и в процессе деления клетки при формировании веретена деления, обеспечивающего равномерное распределение хромосом между двумя дочерними клетками.

Вакуоли — внутриклеточные пузырьки, в которых может находиться клеточный сок, как у клеток растений, или запас питательных веществ, как у животных. В растительных клетках в вакуолях также хранится запас питательных веществ, кроме того, вакуоли поддерживают внутриклеточное, или тургорное, давление.

Клеточные включения — это непостоянные структуры клетки. Чаще всего это запасные питательные вещества: капли жира, зёрна белка, кристаллики соли. Все эти включения периодически расходуются, но потом могут возникать вновь.

Органоиды движения — это реснички и жгутики. Они представляют собой тончайшие выросты клеток, покрытые мембраной. Внутри их находятся микротрубочки из белков. В основании реснички или жгутика располагается базальное тело, представляющее собой видоизменённую центриоль. Именно оно поддерживает структуру из микротрубочек, не давая им распадаться. Такие органоиды есть у простейших (инфузории), водорослей (хламидомонада) и у клеток многоклеточных организмов, например в дыхательном эпителии. Функция этих органоидов — движение клетки или продвижение жидкости по её поверхности.

Запомнить: ядро, хроматин, ядрышки; органоиды; прокариоты, эукариоты; мембрана, клеточная стенка, цитоплазма, цитоскелет, эндоплазматическая сеть, рибосомы, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии; пластиды, тилакоиды, граны; хлорофилл; хлоропласты, хромопласты, лейкопласты; клеточный центр, центриоли, вакуоли, реснички, жгутики

Выводы

Клетка обладает сложными внутриклеточными образованиями — органоидами, которые обеспечивают её жизненные функции: дыхание, питание, рост, деление и др. Важнейшей частью большинства клеток является ядро. Такие ядерные клетки называют эукариотическими. Каждая клетка покрыта цитоплазматической мембраной, строение которой одинаково у всех клеток.

ДУМАЙ, ДЕЛАЙ ВЫВОДЫ, ДЕЙСТВУЙ

Проверь свои знания

1. Что такое органоиды клетки?
2. Какие клетки называют эукариотическими?
3. Каково строение и функции клеточной мембраны?
4. Что такое хроматин?
5. Каковы функции цитоскелета?
6. Какие органоиды встречаются только у растений?

Выполни задания

1. Приведите примеры присутствия в растительных организмах трёх видов пластид.
2. Перечислите особенности строения митохондрий и пластид, указывающие на их относительную самостоятельность.

Обсуди с товарищами

Докажите на примерах, что функции органоидов определяют их строение.

Выскажи мнение

Согласны ли вы со следующим утверждением: «Клетка — это биосистема»? Ответ аргументируйте.

ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ

• У большинства животных, например у млекопитающих, детский организм содержит только митохондрии, полученные от матери, так как из сперматозоида отца митохондрии в будущий зародыш попасть не могут. По анализу ДНК, содержащейся в этих органоидах, можно проследить эволюцию каждого человека по линии матери. Учёные утверждают, что всё человечество произошло от небольшого числа женщин и от этих «праматерей» сохранилось всего пять вариантов митохондриальной ДНК, хотя изначально их было наверняка больше.
• Лизосомы разрушают пострадавшие участки клетки с помощью высвобождающихся из них ферментов, затем происходит восстановление повреждённых мембран за счёт структур, формируемых в аппарате Гольджи.
• Предками митохондрий и пластид, по-видимому, были некие паразитические организмы, жившие в клетках-хозяевах. Но постепенно они превратились в необходимые для клеток образования — симбионтов, снабжающих своих хозяев энергией.
• Клетки могут иметь не один, а несколько жгутиков, да и двигаться они могут жгутиком вперёд или жгутиком назад. Например, сперматозоиды перемещаются головкой вперёд, а жгутиком назад, а эвглена зелёная плавает жгутиком вперёд, как бы ввинчиваясь в воду.