Клетки эукариот

Эукариоты
К этой группе относится подавляющее большинство живых организмов Земли. Их клетки чаще всего гораздо крупнее прокариотических, содержат ядро и мембранные органоиды. Клетка эукариот состоит из нескольких основных частей: оболочки (не у всех), наружной мембраны, цитоплазмы и ядра.

Клеточная стенка
У растений и грибов клетка снаружи покрыта клеточной стенкой или оболочкой. Оболочка растений состоит из целлюлозы и пектиновых веществ; у грибов – из хитина.
Оболочка обеспечивает защиту, прочность клетки, форму клетки, участвует в транс­порте веществ. Под оболочкой располагается цитоплазматическая мембрана.

Мембрана (плазмалемма)
В состав мембраны входят фосфолипиды, составляющие ее основную часть, и белки. Молекулы липидов полярные и состоят из полярных гидрофильных головок и неполярных гидрофобных хвостов. В мембране липиды образуют два слоя, при этом гидрофильные головки расположены на внешней и внутренней поверхностях, а гидрофобные хвосты смотрят вовнутрь. Белки мембраны могут быть поверхностными, интегральными (пронизывают мембрану насквозь) и полуинтегральными (погружены в мембрану).
У клеток животных есть гликокаликс, представляющий собой внешний по отношению к мембране слой. Он состоит из углеводных частей гликолипидов и гликопротеидов и обеспечивает восприятие информации и обеспечение тканевой совместимости.

Функции мембраны:

  1. барьерная, т.е. мембрана ограничивает диффузию веществ или вообще не пропускает через себя многие вещества. Это играет важную роль в поддержании гомеостаза внутри клетки;
  2. взаимодействие клеток (например, синапсы);
  3. поддержание формы клетки;
  4. межклеточное узнавание, т.е. клетка опознает окружающие ее клетки. По сути, именно эта функция позволяет клеткам объединяться в ткани;
  5. рецепторная.
  6. транспорт веществ в клетку и из нее. Для микромолекул выделяют активный и пассивный транспорт. Активный транспорт идет с затратами энергии, а пассивный без них. К пассивному относятся осмос и диффузия. Простая диффузия – транспорт веществ непосредственно через липиды мембраны. Облегченная диффузия – транспорт веществ с помощью специальных белков-переносчиков (пермеаз) по градиенту концентрации. Осмос – движение воды в сторону раствора с большей концентрацией. С помощью пассивного транспорта двигаются вода, жирорастворимые вещества, кислород, углекислый газ, аминокислоты и даже некоторые ионы. К активному транспорту относится перенос веществ с участием ферментов-переносчиков против градиента концентрации. Он осуществляется с помощью ионных насосов. Все процессы энергозависимы.
    Для макромолекул. Поглощение веществ клеткой происходит с помощью эндоцитоза; выделение из клетки макромолекул называют экзоцитозом. Эндоцитоз разделяют на фагоцитоз и пиноцитоз. Фагоцитоз – захват и поглощение клеткой крупных частиц (например, уничтожение патогенных микроорганизмов макрофагами организма человека). Впервые описан И. И. Мечниковым. Пиноцитоз– процесс захвата и поглощения клеткой капель жидкости с растворенными в ней веществами. Оба процесса связаны с затратой энергии и происходят по сходному принципу: на поверхности клетки вещество окружается мембраной в виде вакуоли, которая перемещается внутрь.

Цитоплазма
Цитоплазма расположена между ядром и мембраной. В цитоплазме различают основное вещество (гиалоплазму или матрикс), органеллы (органоиды) и включения.
Гиалоплазма заполняет пространство между плазмалеммой, ядерной оболочкой и другими внутриклеточными структурами. Она образует внутреннюю среду клетки, которая объединяет все внутриклеточные структуры и обеспечивает их взаимодействие друг с другом. Гиалоплазма может находиться в двух состояниях: гель или золь (более жидкое состояние). При этом матрикс легко переходит из геля в золь и наоборот. Также гиалоплазма содержит большое количество ионов со строго определенной концентрацией.
В матриксе цитоплазмы происходит гликолиз, распад веществ до мономеров, а также многие процессы биосинтеза: образование нуклеотидов, некоторых аминокислот, жирных кислот, модификация ферментов и т. д. Также в матриксе откладывается гликоген и жиры.

 Органеллы или органоиды – структуры цитоплазмы, выполняющие в клетке специфические функции. Органоиды бывают:
1. мембранные (одно- и двумембранные (митохондрии и пластиды)) и немембранные;
2. органоиды общего значения и специальные. Первые характерны для большинства эукариотических клеток. Органоиды специального назначения присутствуют в клетках, выполняющих специализированные функции: реснички и жгутики, миофибриллы и т.д.

Органоид Строение Функции
Мембранные
Эндоплазматическая сеть Это система соединенных между собой канальцев и полостей различной формы и размера. Образует непрерывную структуру с ядерной мембраной. Бывает двух видов: гладкая и гранулярная или шероховатая (на ней находятся рибосомы) Шероховатая: синтез и внутриклеточный транспорт белков.

Гладкая: синтез липидов и углеводов, резервуар ионов кальция

Аппарат Гольджи (пластинчатый комплекс) Расположен около ядра. Состоит из цистерн, уложенных в стопку. Отдельная группа этих цистерн, сложенных стопкой, называется диктиосомой. На концах цистерн могут образовываться пузырьки, отделяющиеся от них Сортировка и упаковка макромолекул, транспорт веществ по клетке и к мембране с последующим выделением их из клетки, накопление веществ, участие в образовании лизосом
Лизосомы Это пузырьки диаметром около 5 мкм, содержащие ферменты, действующие на все виды органических веществ. Выделяют первичные (непосредственно образуются в аппарате Гольджи) и вторичные (пищеварительная вакуоль) лизосомы Расщепление полимеров до мономеров, старых частей клетки, целых клеток и даже отдельных органов (хвост головастика)
Пероксисома Одномембранный органоид, содержащий разнообразные ферменты (каталаза и др.). У позвоночных в основном встречаются в клетках печени и почек Разрушает перекись водорода
Вакуоль Это крупная полость в центре клетки, заполненная клеточным соком. Встречаются только у растений, занимая до 90% объема клетки. В молодых клетках может быть несколько вакуолей, которые в дальнейшем сливаются в одну Запас воды и различных веществ (в основном белков и сахаров), окраска, поддерживают внутреннее (тургорное) давление клетки
Митохондрии Это органеллы с двойной мембраной: наружной гладкой и внутренней с многочисленными выростами (кристами). Количество крист зависит от интенсивности работы клетки: так, в кардиомиоцитах митохондрии содержат примерно в 2 раза больше крист, чем митохондрии клеток печени. Могут размножаться делением надвое. Между мембранами находится межмембранное пространство. На внутренней мембране находятся ферменты. Внутри находится матрикс, содержащий кольцевую ДНК, РНК, 50S или 70S-рибосомы и белки. В нем синтезируются собственные белки митохондрий Участвуют в энергетическом обмене клетки, осуществляя синтез АТФ
Пластиды Встречаются только у растений. Могут размножаться.

Хлоропласты (зеленые) содержат хлорофилл, имеют две мембраны, внутри — матрикс. Хорошо развита внутренняя мембрана двух типов: плоские, протяженные ламеллы и плоские, дисковидные пузырьки — тилакоиды. Часть тилакоидов собрана наподобие стопки в группы, называемые гранами. Граны соединяются друг с другом каналами. В матриксе есть ДНК, РНК и 70S-рибосомы.
Лейкопласты (бесцветные) обычны в запасающих тканях и в органах, скрытых от солнечного света.  У них слабо развиты ламеллы. На свету лейкопласты могут превращаться в хлоропласты.
Хромопласты (желто-оранжевые) образуются из хлоропластов и встречаются в окрашенных органах — лепестках, плодах, корнеплодах и осенних листьях. Внутренняя мембрана обычно отсутствует. Они содержат пигменты (каротиноиды)

Фотосинтез, окраска, запас веществ (крахмал, жиры в виде масел и белки)
Немембранные
Клеточный центр Есть у животных и низших растений; у высших растений отсутствует. Состоит из 2-х центриолей и микротрубочек. Центриоль состоит из 9 триплетов микротрубочек, расположенных по окружности Организация цитоскелета клетки; участие в делении клетки (образует веретено деления) и в образовании жгутиков и ресничек
Рибосомы и полисомы

 

Это сферические структуры, состоящие из 2-х субъединиц(большой и малой). Содержат р-РНК и белки. Находятся на эндоплазматической сети или свободно располагаются в цитоплазме. Участвуют в формировании полисомы Биосинтез белка
Опорно-двигательная система Образует цитоскелет клетки. В него входят микротрубочки и микрофиламенты. Микрофиламенты состоят из молекул белка актина, это самые тонкие нити цитосклелета клетки. Микротрубочки – это полые цилиндры, состоящие из белка тубулина Определяют форму клеток, участвуют в движении клетки, опорная функция, участвуют в образовании жгутиков и ресничек, веретена деления и клеточного центра
Реснички и жгутики Есть не у всех клеток. Внутри расположены микротрубочки: 9 двойных образуют стенку, в центре находятся еще 2. В основании есть базальные тельца, состоящие из 9 троек микротрубочек Обеспечивают движение клетки

Ядро
Ядро состоит из ядерной оболочки, ядерного сока (кариоплазмы или нуклеоплазмы), ядрышка (обычно одно или два) и хроматина. Ядро отвечает за хранение и передачу наследственной информации.
Ядерная оболочка (кариолемма) состоит из двух биологических мембран. Через определенные интервалы обе мембраны сливаются друг с другом, образуя поры — это отверстия в ядерной мембране. Через них происходит обмен веществ с цитоплазмой. Ядерная оболочка обособляет хромосомы от цитоплазмы.
Основу кариоплазмы составляют белки. Она содержит ферменты, необходимые для синтеза нуклеиновых кислот и рибосом. Также в ядерном соке содержится РНК.
Ядрышки — это место сборки рибосом, это непостоянные структуры ядра. Они исчезают в начале деления клетки и вновь появляются к его концу. Ядрышко состоит из белков и нуклеиновых кислот.
Хромосомы состоят из ДНК и белков-гистонов и могут находиться в двух структурно-функциональных состояниях: спирализованном (неактивном) и деспирализованном (рабочем).
В интерфазе хромосомы представлены клубком тонких деспирализованных нитей, которые различимы только в электронный микроскоп. Такое состояние называется рабочим, т.к. в этом состоянии происходят процессы транскрипции и репликации. В цитологии хромосомное вещество в интерфазе называют хроматином.
В процессе деления клетки хроматин конденсируется, образуя компактные структуры – хромосомы, различимые в световой микроскоп. При этом хроматин переходит в неактивное состояние – состояние метаболического покоя при максимальной конденсации, когда выполняются функции распределения и переноса генетического материала в дочерние клетки.
Во время деления хромосомы лучше всего видны под микроскопом в стадии метафазы. В это время хромосомы состоят из двух хроматид, связанных между собой первичной перетяжкой, которая делит каждую хроматиду на два участка плеча.
У некоторых хромосом, помимо центромеры, встречаются дополнительные перетяжки, которые получили название вторичных.
Хромосомы, отличающиеся друг от друга морфологически, называются негомологичными. Хромосомы, имеющие сходное строение и размеры, называются гомологичными. В диплоидном наборе каждая хромосома имеет гомологичную ей хромосому. У человека в диплоидном наборе 46 хромосом, из них 44 аутосомы и 2 половые хромосомы (XX у женщин и XY у мужчин).

Клетки растений и животных: сравнительная характеристика

Признак Растения Животные
Оболочка Есть, состоит из целлюлозы Отсутствует
Плазмалемма Есть, гликокаликс отсутствует Есть, на мембране развит гликокаликс
ЭПС, лизосомы,
митохондрии, аппарат Гольджи, рибосомы
Есть Есть
Вакуоль Крупные, занимают центральное положение Мелкие, присутствуют не во всех клетках
Пластиды Есть Отсутствуют
Клеточный центр Только у низших Есть у всех животных
Тип питания Автотрофный, очень редко гетеротрофный Гетеротрофный, очень редко – миксотрофный