Строение клетки 6. Биология: клетки

Любого организма, представляет собой целостную живую систему.

Несмотря на выполнение различных функций и разные размеры общий план строения клеток похож.

Она состоит из трех неразрывно связанных между собой частей:

1. оболочки,

2. цитоплазмы,

3. ядра.

В типичной животной клетке выделяют следующие структуры:

1.мембрана;

2.ядро;

3.цитоплазма;

4.эндоплазматическая сеть (ЭПС) ;

5.комплекс Гольджи;

6.лизосомы;

7.митохондрии;

8.рибосомы ;

9.клеточный центр ;

10. органоиды движения .

7. Что такое осмотическое давление ?

Осмотическое давление, диффузное давление, термодинамический параметр, характеризующий стремление раствора к понижению концентрации при соприкосновении с чистым растворителем вследствие встречной диффузии молекул растворенного вещества и растворителя.

Концентрация ионов и сахаров в клеточном соке центральной вакуоли, как правило, выше, чем в клеточной стенке; тонопласт значительно замедляет диффузию из вакуоли этих веществ и в то же время легко проницаем для воды.

Поэтому вода будет поступать в вакуоль . Такой однонаправленный процесс диффузии воды через избирательно проницаемую мембрану носит название осмос а. Поступающая в клеточный сок вода оказывает давление на постенный протопласт, а через него и на клеточную стенку, вызывая напряженное, упругое ее состояние, или тургор клетки .

Тургор обеспечивает сохранение не одревесневшими органами растения формы и положения в пространстве, а также их сопротивление действию механических факторов.

Если клетку поместить в гипертонический раствор какой-нибудь нетоксичной соли или сахара (т. е. в раствор большей концентрации, чем концентрация клеточного сока), то происходит осмотический выход воды из вакуоли. В результате этого ее объем сокращается, эластичный постенный протопласт отходит от клеточной стенки, тургор исчезает, наступает плазмолиз клетки .

Плазмолиз обычно обратим. При помещении клетки в воду или в гипотонический раствор вода снова энергично поглощается центральной вакуолью, протопласт опять прижимается к клеточной стенке, тургор восстанавливается. Плазмолиз может служить показателем живого состояния клетки, мертвая клетка не плазмолизируется, так как не имеет избирательно проницаемых мембран.

Потеря тургора вызывает завядание растения. При завядании на воздухе в условиях недостаточного водоснабжения тонкие стенки клеток сморщиваются одновременно с протопластом и делаются складчатыми.

Тургорное давление не только поддерживает форму не одревесневших частей растений, оно является также одним из факторов роста клетки, обеспечивая рост клеток растяжением, т. е. за счет поглощения воды и увеличения размера вакуоли. У животных клеток центральная вакуоль отсутствует их рост происходит главным образом за счет увеличения количества цитоплазмы, поэтому размер животных клеток обычно меньше, чем растительных.

Центральная вакуоль возникает путем слияния многочисленных мелких вакуолей, которые имеются в меристематических (эмбриональных) клетках. Эти цитоплазматические вакуоли образуются, как считают, за счет мембран эндоплазматической сети или аппарата Гольджи.

8. Что такое цитоплазма?

Цитоплазма - внутренняя среда живой клетки, кроме ядра, ограниченная плазматической мембраной. Включает в себя гиалоплазму - основное прозрачное вещество цитоплазмы, находящиеся в ней обязательные клеточные компоненты - органеллы, а также различные непостоянные структуры - включения.

В состав цитоплазмы входят все виды органических и неорганических веществ. В ней присутствуют также нерастворимые отходы обменных процессов и запасные питательные вещества. Основное вещество цитоплазмы - вода.

Цитоплазма постоянно движется, перетекает внутри живой клетки, перемещая вместе с собой различные вещества, включения и органоиды. Это движение называется циклозом. В ней протекают все процессы обмена веществ.

Цитоплазма способна к росту и воспроизведению и при частичном удалении может восстановиться. Однако нормально функционирует цитоплазма только в присутствии ядра.

Без него долго существовать цитоплазма не может, также, как и ядро без цитоплазмы. Важнейшая роль цитоплазмы заключается в объединении всех клеточных структур (компонентов) и обеспечении их химического взаимодействия.

Следующее

Клетка………………………………………………………………1

Строение клеток……………………………………………………2

Цитология…………………………………………………………..3

Микроскоп и клетка………………………………………………..4

Схема строения клетки…………………………………………….6

Деление клетки……………………………………………………10

Схема митотического деления клетки…………………………...12

Клетка

Клетка - элементарная часть организма, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизводству и развитию. Клетка - основа строения и жизнедеятельности всех живых организмов и растений. Клетки могут существовать как самостоятельные организмы, так и в составе многоклеточных организмов (клетки ткани). Термин «Клетка» предложен английским микроскопистом Р. Гуком (1665). Клетка - предмет изучения особого раздела биологии - цитологии. Более систематическое изучение клеток началось в девятнадцатом веке. Одним из крупнейших научных теорий того времени была Клеточная теория, утверждавшая единство строения всей живой природы. Изучение любой жизни на клеточном уровне лежит в основе современных биологических исследований.

В строении и функциях каждой клетки обнаруживаются признаки, общие для всех клеток, что отражает единство их происхождения из первичных органических веществ. Частные особенности различных клеток - результат их специализации в процессе эволюции. Так, все клетки одинаково регулируют обмен веществ, удваивают и используют свой наследственный материал, получают и утилизируют энергию. В то же время разные одноклеточные организмы (амёбы, туфельки, инфузории и т.д.) довольно сильно различаются размерами, формой, поведением. Не менее резко различаются клетки многоклеточных организмов. Так, у человека имеются лимфоидные клетки - небольшие (диаметром около 10 мкм) округлые клетки, участвующие в иммунологических реакциях, и нервные клетки, часть которых имеет отростки длиной более метра; эти клетки осуществляют основные регуляторные функции в организме.

Первым цитологическим методом исследования была микроскопия живых клеток. Современные варианты прижизненной световой микроскопии - фазово-контрастная, люминесцентная, интерференционная и др. - позволяют изучать форму клеток и общее строение некоторых её структур, движение клеток и их деление. Детали строения клетки обнаруживаются лишь после специального контрастирования, что достигается окраской убитой клетки. Новый этап изучения структуры клетки - электронная микроскопия, имеющая значительно большее разрешение структуры клетки по сравнению со световой микроскопией. Химический состав клеток изучается цито - и гистохимическими методами, позволяющими выяснить локализацию и концентрацию вещества в клеточных структурах, интенсивность синтеза веществ и их перемещение в клетках. Цитофизиологические методы позволяют изучать функции клеток.

Строение клеток

Клетки всех организмов имеют единый план строения, в котором четко проявляется общность всех процессов жизнедеятельности. Каждая клетка включает в свой состав две неразрывно связанные части: цитоплазму и ядро. Как цитоплазма, так и ядро характеризуются сложностью и строгой упорядоченностью строения и, в свою очередь, в состав их входит множество разнообразных структурных единиц, выполняющих совершенно определенные функции.

Оболочка. Она осуществляет непосредственное взаимодействие с внешней средой и взаимодействие с соседними клетками (в многоклеточных организмах).

Оболочка - таможня клетки. Она зорко следит за тем, чтобы в клетку не проникли ненужные в данный момент вещества; наоборот, вещества, в которых клетка нуждается, могут рассчитывать на ее максимальное содействие.

Оболочка ядра двойная; состоит из внутренней и наружной ядерных мембран. Между этими мембранами располагается перинуклеарное пространство. Наружная ядерная мембрана обычно связана с каналами эндоплазматической сети.

Оболочка ядра содержит многочисленные поры. Они образуются смыканием наружной и внутренней мембран и имеют различный диаметр. В некоторых ядрах, например ядрах яйцеклеток, пор очень много и они с правильными интервалами расположены на поверхности ядра. Количество пор в ядерной оболочке варьирует в различных типах клеток. Поры расположены на равном расстоянии друг от друга. Так как диаметр поры может изменяться, и в ряде случаев ее стенки обладают довольно сложной структурой, создается впечатление, что поры сокращаются, или замыкаются, или, наоборот, расширяются. Благодаря порам кариоплазма входит в непосредственный контакт с цитоплазмой. Через поры легко проходят довольно крупные молекулы нуклеозидов, нуклеотидов, аминокислот и белков, и таким образом осуществляется активный обмен между цитоплазмой и ядром.

Цитология

Наука, изучающая строение и отправление клеток, называется цитологией.

За последнее десятилетие она достигла больших успехов, что в значительной мере связано с разработкой новых методов исследования клетки.

Основным «орудием» цитологии служит микроскоп, позволяющий изучать строение клетки при увеличении в 2400-2500 раз. Клетки изучают в живом виде, а также после специальной обработки. Последняя сводится к двум основным этапам.

Сначала клетки фиксируют, т. е. убивают их быстродействующими ядовитыми для клеток веществами, не разрушающими их структуры. Вторым этапом является окраска препарата. Она основана на том, что разные части клетки с разной степенью интенсивности воспринимают некоторые красители. Благодаря этому удается отчетливо выявить различные структурные компоненты клетки, которые без окраски благодаря сходному коэффициенту преломления не видны. Очень часто применяют метод изготовления срезов. Для этого ткани или отдельные клетки после специальной обработки заключают в твердую среду (парафин, целлоидин), после чего при помощи особого прибора - микротома, снабженного острой бритвой, раскладывают на тонкие срезы толщиной от 3 микрон (микрон = 0,001 мм).

1. Не все организмы имеют клеточное строение.

Клеточная организация явилась результатом длительной эволюции, которой предшествовали неклеточные (доклеточные) формы жизни. Фиксированные и окрашенные препараты перед изучением заключают в среду с высоким коэффициентом преломления (глицерин, канадский бальзам и др.). Благодаря этому они становятся прозрачными, что облегчает исследование препарата.

В современной цитологии разработан ряд новых методов и приемов, применение которых чрезвычайно углубило знания о строении и физиологии клетки.

Очень большое значение для изучения клетки имеет применение биохимических и цитохимических методов. В настоящее время мы можем не только изучать строение клетки, но и определять ее химический состав и изменения его в процессе жизнедеятельности клетки. Многие из этих методов основаны на применении цветных реакций, позволяющих различать определенные химические вещества или группы веществ. Изучение распределения разных по своему химическому составу веществ в клетке путем цветных реакций представляет собой цитохимический метод. Он имеет большое значение для исследования обмена веществ и других сторон физиологии клетки.

Микроскоп и клетка

В современной цитологии широко применяют ультрафиолетовую микроскопию. Ультрафиолетовые лучи невидимы для человеческого глаза, но воспринимаются фотографической пластинкой. Некоторые играющие особо важную роль в жизни клетки органические вещества (нуклеиновые кислоты) избирательно поглощают ультрафиолетовые лучи. Поэтому по снимкам, изготовленным в ультрафиолетовых лучах, можно судить о распределении нуклеиновых веществ в клетке.

Разработан ряд тонких методов, позволяющих изучать проникновение разных веществ в клетку из окружающей среды.

Для этого, в частности, применяют прижизненные (витальные) красители. Это такие красящие вещества (например, нейтральный красный), которые проникают в клетку, не убивая ее. Наблюдая за живой витально окрашенной клеткой, можно судить о путях проникновения и накопления веществ в клетке.

Особенно большую роль в развитии цитологии, а также в изучении тонкого строения простейших сыграла электронная микроскопия.

Электронный микроскоп основан на ином принципе, чем световой оптический микроскоп. Объект изучают в пучке быстро летящих электронов. Длина волны электронных лучей во много тысяч раз меньше длины волны световых лучей. Это позволяет получить значительно большую разрешающую способность, т. е. гораздо большее увеличение, чем в световом микроскопе. Пучок электронов проходит сквозь изучаемый объект и затем падает на флуоресцирующий экран, на котором и проецируется изображение объекта. Чтобы объект был проницаемым для электронного пучка, он должен быть очень тонким. Обычные микротомные срезы толщиной в 3-5 мк для этого совершенно непригодны. Они полностью поглотят пучок электронов. Были созданы особые приборы - ультрамикротомы, которые позволяют получать срезы ничтожной толщины, порядка 100-300 ангстрем (ангстрем - единица длины, равная одной десятитысячной микрона). Различия в поглощении электронов разными частями клетки настолько малы, что без специальной обработки на экране электронного микроскопа они не могут быть обнаружены. Поэтому изучаемые объекты предварительно обрабатываются веществами, непроницаемыми или труднопроницаемыми для электронов. Таким веществом является четырехокись осмия (Os04). Она в различной степени поглощается разными частями клетки, которые благодаря этому по-разному задерживают электроны.

Применяя электронный микроскоп, можно получить увеличения порядка 100000.

Электронная микроскопия открывает новые перспективы в изучении организации клетки.

Схема строения клетки

На рис. 15 и рис. 16 сопоставлена схема строения клетки, как она представлялась в двадцатых годах этого столетия и как она представляется в настоящее время.

Снаружи клетка отграничена от окружающей среды тонкой клеточной мембраной, которая играет важную роль в регуляции поступления веществ в цитоплазму. Основное вещество цитоплазмы имеет сложный химический состав.

Основу его составляют белки, которые находятся в состоянии коллоидного раствора. Белки - это сложные органические вещества, обладающие крупными молекулами (молекулярный вес их очень высок, измеряется десятками тысяч по отношению к атому водорода) и большой химической подвижностью. Кроме белков, в цитоплазме присутствуют и многие другие органические соединения (углеводы, жиры), среди которых особенно большое значение в жизни клетки играют сложные органические вещества - нуклеиновые кислоты. Из неорганических составных частей цитоплазмы следует прежде всего назвать воду, которая по весу составляет значительно больше половины всех веществ, входящих в состав клетки. Вода важна как растворитель, так как реакции обмена веществ протекают в жидкой среде. Кроме того, в клетке присутствуют ионы солей (Са2+, К+, Na+, Fe2+, Fe3+ и др.).

В основном веществе цитоплазмы располагаются органоиды - постоянно присутствующие структуры, выполняющие определенные функции в жизни клетки. Среди них важную роль в обмене веществ играют митохондрии. В световом микроскопе они видны в форме небольших палочек, нитей, иногда гранул.

Электронный микроскоп показал, что структура митохондрий очень сложна. Каждая митохондрия имеет оболочку, состоящую из трех слоев, и внутреннюю полость.

От оболочки в эту полость, заполненную жидким содержимым, вдаются многочисленные перегородки, не доходящие до противоположной стенки, называемые к р иста м и. Цитофизиологические исследования показали, что митохондрии являются органоидами, с которыми связаны дыхательные процессы клетки (окислительные). Во внутренней полости, на оболочке и кристах локализуются дыхательные ферменты (органические катализаторы), обеспечивающие сложные химические превращения, из которых слагается процесс дыхания.

В цитоплазме, кроме митохондрий, имеется сложная система мембран, образующая в совокупности эндоплазматическую сеть (рис. 16).

Как показали электронномикроскопические исследования, мембраны эндоплазматической сети двойные. Со стороны, обращенной к основному веществу цитоплазмы, на каждой мембране расположены многочисленные гранулы (называемые «тельцами Паллада» по имени открывшего их ученого). В состав этих гранул входят нуклеиновые кислоты (а именно рибонуклеиновая кислота), благодаря чему их называют также рибосомами. На эндоплазматической сети при участии рибосом осуществляется один из основных процессов жизнедеятельности клетки - синтез белков.

Часть цитоплазматических мембран лишена рибосом и образует особую систему, называемую аппаратом Гольджи.

Это образование обнаружено в клетках уже довольно давно, ибо его удается выявить особыми методами при исследовании в световом микроскопе. Однако тонкая структура аппарата Гольджи стала известна лишь в результате электронномикроскопических исследований. Функциональное значение этого органоида сводится к тому, что в области аппарата концентрируются различные синтезируемые в клетке вещества, например зерна секрета в железистых клетках и т. п. Мембраны аппарата Гольджи находятся в связи с эндоплазматической сетью. Возможно, что на мембранах аппарата Гольджи протекает ряд синтетических процессов.

Эндоплазматическая сеть связана с наружной оболочкой ядра. Эта связь играет, по-видимому, существенную роль во взаимодействии ядра и цитоплазмы. Эндоплазматическая сеть имеет также связь с наружной мембраной клетки и местами непосредственно переходит в нее.

При помощи электронного микроскопа в клетках был обнаружен еще один тип органоидов - лизосомы (рис. 16).

По размерам и форме они напоминают митохондрии, но легко отличаются от них по отсутствию тонкой внутренней структуры, столь характерной и типичной для митохондрий. По представлениям большинства современных цитологов, в лизосомах содержатся переваривающие ферменты, связанные с расщеплением крупных молекул органических веществ, поступающих в клетку. Это как бы резервуары ферментов, постепенно используемых в процессе жизнедеятельности клетки.

В цитоплазме животных клеток обычно по соседству с ядром располагается центросома. Этот органоид имеет постоянную структуру. Он слагается из девяти ультрамикроскопических палочковидных образований, заключенных в особо дифференцированную уплотненную цитоплазму. Центросома - органоид, связанный с делением клетки.

Рис. 16. Схема строения клетки, по современным данным, с учетом электронномикроскопических исследований:

1 - цитоплазма; 2 - аппарат Гольджи, з- центросома; 4 - митохондрии; 5 - эндоплазматическая сеть; 6 - ядро; 7 - ядрышко; 8 - лизосомы.

К роме перечисленных цитоплазматических органоидов клетки, в ней могут присутствовать различные специальные структуры и включения, связанные с обменом веществ и выполнением различных специальных, свойственных данной клетке функций. В животных клетках обычно присутствует гликоген, или животный крахмал. Это резервное вещество, потребляемое в процессе обмена веществ как основной материал для окислительных процессов. Часто имеются жировые включения в форме мелких капель.

В специализированных клетках, таких, как мышечные клетки, имеются особые сократимые волоконца, связанные с сократительной функцией этих клеток. Ряд специальных органоидов и включений имеется в растительных клетках. В зеленых частях растений всегда присутствуют хлоропласты - белковые тела, содержащие зеленый пигмент хлорофилл, при участии которого осуществляется фотосинтез - процесс воздушного питания растения. В качестве резервного вещества здесь обычно находятся крахмальные зерна, отсутствующие у животных. В отличие от животных, растительные клетки обладают, кроме наружной мембраны, прочными о б о57 лочками из клетчатк и, что обусловливает особую прочность растительных тканей.

Деление клетки

В основе способности клеток к самовоспроизведению лежат уникальное свойство ДНК самокопироваться и строго равноценное деление репродуцированных хромосом в процессе Митоза. В результате деления образуются две клетки, идентичные исходной по генетическим свойствам и с обновленным составом ядра и цитоплазмы. Процессы самовоспроизведения хромосом, их деления, образования двух ядер и деления цитоплазмы разделены во времени, составляя в совокупности Митотический цикл клетки. В случае, если после деления клетка начинает готовиться к следующему делению, митотический цикл совпадает с жизненным циклом клетки. Однако во многих случаях после деления (а иногда и перед ним) клетки выходят из митотического цикла, дифференцируются и выполняют в организме ту или иную специальную функцию. Состав таких клеток может обновляться за счёт делений малодифференцированных клеток. В некоторых тканях и дифференцированные клетки способны повторно входить в митотический цикл. В нервной ткани дифференцированные клетки не делятся; многие из них живут так же долго, как организм в целом, то есть у человека - несколько десятков лет. При этом ядра нервных клеток не утрачивают способности к делению: будучи пересажены в цитоплазму раковых клеток, ядра нейронов синтезируют ДНК и делятся. Опыты с клетками-гибридами показывают влияние цитоплазмы на проявление ядерных функций. Неполноценная подготовка к делению предотвращает митоз или искажает его течение. Так, в некоторых случаях не происходит деления цитоплазмы и образуется двуядерная клетка. Многократное деление ядер в неделящейся клетке приводит к появлению многоядерных клеток или сложных надклеточных структур (симпластов), например в поперечнополосатых мышцах. Иногда репродукция клетки ограничивается воспроизведением хромосом, и образуется полиплоидная клетка, имеющая удвоенный (сравнительно с исходной клеткой) набор хромосом. Полиплоидизация приводит к усилению синтетической активности, увеличению размеров и массы клетки.

Одним из основных биологических процессов, обеспечивающих преемственность форм жизни и лежащих в основе всех форм размножения, является процесс деления клетки. Этот процесс, известный под названием кариокинеза, или митоза, с удивительным постоянством, лишь с некоторыми вариациями в деталях, осуществляется в клетках всех растений и животных, в том числе и простейших. При митозе происходит равномерное распределение хромосом, претерпевающих удвоение между дочерними клетками. От любого участка каждой хромосомы дочерние клетки получают половину. Не вдаваясь в детальное описание митоза, отметим лишь его основные моменты (рис.).

В первой стадии митоза, называемой профазой, в ядре становятся отчетливо видимыми хромосомы в форме нитей.

Рис. Схема митотического деления клетки:

1 - неделящееся ядро;

2-6 - последовательные этапы изменения ядра в профазе;

7-9 - метафаза;

10 - анафаза;

11-13 - телофаза. разной длины.

В неделящемся ядре, как мы видели, хромосомы имеют вид тонких, неправильно расположенных нитей, переплетающихся друг с другом. В профазе происходит их укорачивание и утолщение. Вместе с тем каждая хромосома оказывается двойной. По длине ее проходит щель, разделяющая хромосому на две рядом лежащие и совершенно подобные друг другу половины.

На следующей стадии митоза - метафазе - оболочка ядра разрушается, ядрышки растворяются и хромосомы оказываются лежащими в цитоплазме. Все хромосомы располагаются при этом в один ряд, образуя так называемую экваториальную пластинку. Существенные изменения претерпевает центросома. Она делится на две части, которые расходятся, и между ними образуются нити, формирующие а х р о м атиновое веретено. Экваториальная пластинка хромосом располагается по экватору этого веретена.

На стадии анафазы происходит процесс расхождения к противоположным полюсам дочерних хромосом, образовавшихся, как мы видели, в результате продольного расщепления материнских хромосом. Расходящиеся в анафазе хромосомы скользят по нитям ахроматинового веретена и в конце концов собираются двумя группами в области центросом.

Во время последней стадии митоза - телофазы - происходит восстановление структуры неделящегося ядра. Вокруг каждой группы хромосом образуется ядерная оболочка. Хромосомы вытягиваются и утончаются, превращаясь в длинные, беспорядочно расположенные тонкие нити. Выделяется ядерный сок, в котором появляется ядрышко.

Одновременно со стадиями анафазы и телофазы происходит разделение на две половины цитоплазмы клетки, которое осуществляется обычно путем простой перетяжки.

Как видно из нашего краткого описания, процесс митоза сводится в первую очередь к правильному распределению хромосом между дочерними ядрами. Хромосомы состоят из пучков нитевидных молекул ДНК, расположенных по продольной оси хромосомы. Видимому началу митоза предшествует, как это теперь установлено точными количественными измерениями, удвоение ДНК, молекулярный механизм которого мы уже рассмотрели выше.

Таким образом, митоз и расщепление хромосом во время него является лишь видимым выражением процессов удвоения (ауторепродукции) молекул ДНК, осуществляемого на уровне молекул. ДНК определяет через посредство РНК белковый синтез. Качественные особенности белков «закодированы» в структуре ДНК. Поэтому очевидно, что точное разделение хромосом в митозе, базирующееся на редупликации (ауторепродукции) молекул ДНК, лежит в основе «наследственной информации» в ряде следующих друг за другом поколений клеток и организмов.

Число хромосом, так же как их форма, размеры и т. п., является характерным признаком каждого вида организмов. У человека, например, имеется 46 хромосом, у окуня - 28, у мягких пшениц - 42 и т. п.

1. Почему для изучения клеток необходимо использовать увеличительные приборы?
2. Почему микроскоп, с которым вы работаете, называют световым?

Каждая клетка имеет три обязательные части: клеточную мембрану, цитоплазму и генетический аппарат (рис. 9).

Рис. 9. Животная и растительная клетки

Клеточная мембрана не только ограничивает внутреннее содержимое клетки, но и защищает его от неблагоприятных влияний окружающей среды, поддерживает определенную форму клеток. Через мембрану происходит обмен веществ между содержимым клетки и внешней средой.

Клетки бактерий, грибов и растений, кроме мембраны, имеют, как правило, еще и клеточную стенку (оболочку). Она является наружным скелетом клетки и определяет ее форму. Клеточная стенка проницаема для воды, солей и многих органических веществ.

Цитоплазма - полужидкое содержимое клетки. В ней находятся различные органоиды (от греч. органон - орган) и клеточные включения. Цитоплазма объединяет все клеточные структуры и обеспечивает их взаимодействие.

Генетический аппарат - важнейшая часть клетки. Именно он контролирует все процессы жизнедеятельности и определяет способность клетки к самовоспроизведению. В клетках растений, животных и грибов генетический аппарат окружен мембраной и называется ядром . В ядре расположены носители наследственной информации о клетке и организме в целом - хромосомы (от греч. хрома - краска и сома - тельце). От хромосом зависит сходство родителей и потомства. В ядре может находиться одно или несколько ядрышек. У бактерий ядра нет и ядерное вещество расположено непосредственно в цитоплазме.

Особенности строения клеток . Клетки организмов, относящихся к разным царствам живой природы, имеют свои особенности. Так, только клетки растений содержат в цитоплазме пластиды. Они бывают бесцветными или окрашенными в различные цвета. В бесцветных пластидах накапливаются запасы питательных веществ. Пластиды, окрашенные в желтый и красный цвета, определяют окраску лепестков цветов, осенних листьев, зрелых плодов.

Наиболее важное значение имеют пластиды, окрашенные в зеленый цвет, - хлоропласты (от греч. хлорос - зеленый), содержащие хлорофилл. В хлоропластах происходит процесс фотосинтеза.

Вакуоли (от лат. вакуус - пустой) содержат клеточный сок - водный раствор органических и неорганических соединений. В клеточном соке растений могут содержаться красящие вещества (пигменты), придающие синюю, фиолетовую, малиновую окраску лепесткам и другим частям растений, а также осенним листьям.

Наиболее простое строение имеют клетки бактерий. Клетки грибов, в отличие от клеток растений и животных, как правило, содержат много ядер. Но, несмотря на различия в строении, клетки растений, животных и грибов имеют сходный набор органоидов, не существует принципиальных отличий и в работе их генетического аппарата, и в процессах, связанных с обменом веществ.

Ответьте на вопросы

1. Какую функцию выполняет клеточная мембрана?
2. Для каких клеток характерна клеточная стенка (оболочка)? Какова ее роль?
3. Какую роль выполняет генетический аппарат клетки?
4. В чем принципиальное отличие в строении клеток бактерий от клеток растений, животных и грибов?

Новые понятия

Клеточная мембрана. Цитоплазма. Генетический аппарат. Ядро. Хромосомы. Пластиды. Вакуоли.

Подумайте!

О чем свидетельствует сходство химического состава и строения всех клеток?

Моя лаборатория

Приготовление и рассматривание препарата кожицы чешуи лука под микроскопом

Рис 10. Приготовление микропрепарата кожицы чешуи лука

1. Рассмотрите изображенную на рисунке 10 последовательность приготовления препарата кожицы чешуи лука.
2. Подготовьте предметное стекло, тщательно протерев его марлей.
3. Пипеткой нанесите 1-2 капли воды на предметное стекло.
4. При помощи пинцета осторожно снимите маленький кусочек прозрачной кожицы с внутренней поверхности чешуи лука. Положите кусочек кожицы в каплю воды и расправьте кончиком препаровальной иглы.
5. Накройте кожицу покровным стеклом, как показано на рисунке. Фильтровальной бумагой оттяните лишнюю воду.
6. Рассмотрите приготовленный препарат при малом увеличении. Отметьте, какие части клетки вы видите.
7. Окрасьте препарат раствором иода. Фильтровальной бумагой с противоположной стороны оттяните лишний раствор.
8. Рассмотрите окрашенный препарат. Какие изменения произошли?
9. Рассмотрите препарат при большом увеличении. Найдите на нем темную полосу, окружающую клетку, - оболочку; под ней золотистое вещество - цитоплазму (она может занимать всю клетку или находиться около стенок). В цитоплазме хорошо видно ядро. Найдите вакуоль с клеточным соком (она отличается от цитоплазмы по цвету).
10. Зарисуйте 2-3 клетки кожицы лука. Обозначьте оболочку, цитоплазму, ядро, вакуоль с клеточным соком (рис. 11).
11. Подумайте, зачем препарат кожицы чешуи лука окрашивали раствором иода.

Рис 11. Клеточное строение кожицы лука

Строение клетки

Клетка — элементарная единица строения и жизнедеятельности живых организмов, обладающая собственным обменом веществ, способная к самовоспроизведению и развитию.

Эукариотические клетки содержат ядро, отграниченное от цитоплазмы мембраной. Они характерны для растений, грибов и животных.

В процессе развития и дифференцировки эукариотической клетки ядро иногда может разрушаться, как это происходит, например, в зрелых эритроцитах млекопитающих.

Цитоплазма — внутренняя среда клетки, обеспечивающая химическое взаимодействие всех клеточных структур.

Она включает в себя гиалоплазму (прозрачное вещество, основой которого является вода) и расположенные в ней клеточные компоненты (органеллы и включения ). Цитоплазма клетки непрерывно перемещается, вместе с ней движутся органоиды и включения.

Цитоплазма способна к росту и воспроизведению, при частичном удалении может восстановиться. Однако нормально функционирует цитоплазма только в присутствии ядра. Без него долго существовать цитоплазма не может, так же как и ядро без цитоплазмы.

Особенности строения:

• Вязкое бесцветное вещество.
• Находится в постоянном движении.
• Содержит органоиды - постоянные структурные компоненты и клеточные включения - непостоянные структуры клетки.
• Включения могут находиться в виде капель (жиры) и зёрен (белки, углеводы).

Выполняемые функции:

• Связывает все части клетки в единое целое.
• Осуществляет транспортировку веществ.
• В ней протекают химические процессы.
• Выполняет опорную функцию.

Важнейшая роль цитоплазмы заключается в объединении всех клеточных структур (компонентов) и обеспечении их химического взаимодействия.

Любая клетка имеет очень сложное строение. Содержимое клетки, а также многих внутриклеточных структур ограничивают биологические мембраны (лат. membrana - "кожица", "пленка") - тончайшие пленки (3,5-10 нм толщиной), состоящие в основном из белков и липидов.

Клеточная мембрана (или плазматическая мембрана) отделяет содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивая её целостность.

Клеточная мембрана представляет собой двойной слой (бислой) молекул фосфолипидов . Они имеют гидрофильную («головка») и гидрофобную («хвост») части. Гидрофобные участки обращены внутрь, а гидрофильные — наружу.

В состав биологической мембраны входят белки: интегральные (пронизывающие мембрану насквозь), полуинтегральные (погруженные одним концом во внешний или внутренний липидный слой) и поверхностные (расположенные на внешней или прилегающие к внутренней стороне мембраны). Некоторые из них контактируют с цитоскелетом клетки, выполняют функцию каналов и рецепторов.

Также мембраны могут содержать углеводы, связанные с молекулами белков (гликопротеиды ) или липидов (гликолипиды ). Углеводы располагаются обычно на наружной поверхности мембраны и выполняют рецепторные функции.

Функции мембраны

• барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой;
• транспортная — через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки (поступление питательных веществ внутрь клетки, удаление конечных продуктов обмена, поддержание постоянной концентрации ионов);
• рецепторная (связывание гормонов и других регуляторных молекул);
• у многоклеточных организмов обеспечивает контакты между клетками и образование тканей.

Клеточные мембраны обладают полупроницаемостью , или избирательной проницаемостью . Они устроены таким образом, что регулируют процесс транспорта веществ внутрь клетки: одни вещества пропускают, а другие нет. Через них медленно диффундируют глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты и ионы.

Существует несколько механизмов для поступления веществ в клетку или вывода их наружу: диффузия, осмос, активный транспорт и экзо- или эндоцитоз . Диффузия и осмос имеют пассивный характер — не требуют затрат энергии. Остальные механизмы идут с потреблением энергии.

Пассивный транспорт — процесс прохождения веществ через мембрану, идущий без затрат энергии. При этом вещество перемещается из области с его высокой концентрацией в сторону низкой, т. е. по градиенту концентрации.

Различают следующие виды пассивного транспорта:

• простая диффузия (для небольших нейтральных молекул (H 2 O, CO 2 , O 2), а также гидрофобных низкомолекулярных органических веществ, легко проникающих через мембранные фосфолипиды по градиенту концентрации;
• облегчённая диффузия (для гидрофильных молекул, переносящихся по градиенту концентрации, но с помощью специальных интегральных белков, образующих в мембране каналы, которые обеспечивают избирательную проницаемость. Для таких элементов, как K, Na и Cl, существуют собственные каналы. Причём каналы калия открыты всегда.

Активный транспорт — это перенос веществ через мембрану против градиента концентрации. Такой перенос требует затраты энергии клеткой. Источником энергии обычно является АТФ.