Клетъчни органели: тяхната структура и функции. Клетъчни структури и техните функции Устройство и функции на клетката

Химическият състав на живите организми

Химичният състав на живите организми може да бъде изразен в две форми: атомна и молекулярна. Атомният (елементен) състав показва съотношението на атомите на елементите, изграждащи живите организми. Молекулярният (веществен) състав отразява съотношението на молекулите на веществата.

Химичните елементи са част от клетките под формата на йони и молекули на неорганични и органични вещества. Най-важните неорганични вещества в клетката са водата и минералните соли, най-важните органични вещества са въглехидратите, липидите, протеините и нуклеиновите киселини.

Водата е преобладаващият компонент на всички живи организми. Средното съдържание на вода в клетките на повечето живи организми е около 70%.

Минералните соли във воден разтвор на клетката се дисоциират на катиони и аниони. Най-важните катиони са K+, Ca2+, Mg2+, Na+, NHJ, аниони - Cl-, SO2-, HPO2-, H2PO-, HCO-, NO-.

Въглехидрати - органични съединения, състоящи се от една или повече молекули прости захари. Съдържанието на въглехидрати в животинските клетки е 1-5%, а в някои растителни клетки достига 70%.
Липиди - мазнини и мастноподобни органични съединения, практически неразтворими във вода. Съдържанието им в различните клетки варира значително: от 2-3 до 50-90% в клетките на растителните семена и мастната тъкан на животните.
катерици са биологични хетерополимери, чиито мономери са аминокиселини. Само 20 аминокиселини участват в образуването на протеини. Те се наричат основни или основни. Някои от аминокиселините не се синтезират в организма на животните и човека и трябва да се набавят с растителна храна (те се наричат есенциални).

Нуклеинова киселина. Има два вида нуклеинови киселини: ДНК и РНК. Нуклеиновите киселини са полимери, чиито мономери са нуклеотиди.

Клетъчна структура

Формирането на клетъчната теория

Робърт Хук през 1665 г. открива клетки в секция от корк и е първият, който използва термина "клетка".
Антъни ван Льовенхук открива едноклетъчните организми.
Матиас Шлейден през 1838 г. и Томас Шван през 1839 г. формулират основните положения на клетъчната теория. Те обаче погрешно вярваха, че клетките възникват от първичната неклетъчна субстанция.
Рудолф Вирхов доказва през 1858 г., че всички клетки се образуват от други клетки чрез клетъчно делене.

Основни положения на клетъчната теория

Клетката е структурната единица на всички живи същества. Всички живи организми са изградени от клетки (изключение правят вирусите).
Клетката е функционалната единица на всички живи същества. Клетката показва целия набор от жизнени функции.
Клетката е единица за развитие на всички живи същества. Нови клетки се образуват само в резултат на деленето на първоначалната (майчината) клетка.
Клетката е генетичната единица на всички живи същества. Хромозомите на клетката съдържат информация за развитието на целия организъм.
Клетките на всички организми са сходни по химичен състав, структура и функция.

Видове клетъчна организация

Сред живите организми само вирусите нямат клетъчна структура. Всички други организми са представени от клетъчни форми на живот. Има два вида клетъчна организация: прокариотна и еукариотна. Бактериите са прокариоти, а растенията, гъбите и животните са еукариоти.

Прокариотните клетки са относително прости. Те нямат ядро, местоположението на ДНК в цитоплазмата се нарича нуклеоид, единствената молекула на ДНК е кръгла и не е свързана с протеини, клетките са по-малки от еукариотните клетки, клетъчната стена съдържа гликопептид - муреин, има няма мембранни органели, техните функции се изпълняват от инвагинации на плазмената мембрана, рибозомите са малки, микротубулите отсъстват, така че цитоплазмата е неподвижна, а ресничките и флагелите имат специална структура.

Еукариотните клетки имат ядро, в което са разположени хромозоми - линейни ДНК молекули, свързани с протеини; различни мембранни органели са разположени в цитоплазмата.

Растителните клетки се отличават с наличието на дебела целулозна клетъчна стена, пластиди и голяма централна вакуола, която измества ядрото към периферията. Клетъчният център на висшите растения не съдържа центриоли. Въглехидратът за съхранение е нишестето.

Гъбичните клетки имат клетъчна мембрана, съдържаща хитин, в цитоплазмата има централна вакуола и няма пластиди. Само някои гъби имат центриол в клетъчния център. Основният резервен въглехидрат е гликогенът.

Животинските клетки по правило имат тънка клетъчна стена, не съдържат пластиди и централна вакуола; центриолът е характерен за клетъчния център. Въглехидратът за съхранение е гликогенът.

Структурата на еукариотната клетка

Типичната еукариотна клетка се състои от три компонента: мембрана, цитоплазма и ядро.

Клетъчна стена

Отвън клетката е заобиколена от черупка, чиято основа е плазмената мембрана или плазмалемата, която има типична структура и дебелина 7,5 nm.

Клетъчната мембрана изпълнява важни и много разнообразни функции: определя и поддържа формата на клетката; предпазва клетката от механични ефекти от проникването на увреждащи биологични агенти; осъществява приемането на много молекулярни сигнали (например хормони); ограничава вътрешното съдържание на клетката; регулира метаболизма между клетката и околната среда, като осигурява постоянството на вътреклетъчния състав; участва в образуването на междуклетъчни контакти и различни видове специфични издатини на цитоплазмата (микровили, реснички, флагели).

Въглеродният компонент в мембраната на животинските клетки се нарича гликокаликс.

Обменът на вещества между клетката и околната среда се извършва постоянно. Механизмите на транспортиране на вещества в и извън клетката зависят от размера на транспортираните частици. Малките молекули и йони се транспортират от клетката директно през мембраната под формата на активен и пасивен транспорт.

В зависимост от вида и посоката се разграничават ендоцитоза и екзоцитоза.

Абсорбцията и освобождаването на твърди и големи частици се нарича фагоцитоза и обратна фагоцитоза, съответно, течни или разтворени частици - пиноцитоза и обратна пиноцитоза.

Цитоплазма

Цитоплазмата е вътрешното съдържание на клетката и се състои от хиалоплазма и различни вътреклетъчни структури, разположени в нея.

Хиалоплазмата (матрикс) е воден разтвор на неорганични и органични вещества, които могат да променят своя вискозитет и са в постоянно движение. Способността за движение или движение на цитоплазмата се нарича циклоза.

Матрицата е активна среда, в която протичат много физични и химични процеси и която обединява всички елементи на клетката в една система.

Цитоплазмените структури на клетката са представени от включвания и органели. Включванията са сравнително непостоянни, появяват се в определени видове клетки в определени моменти от живота, например като запас от хранителни вещества (зърна нишесте, протеини, капки гликоген) или продукти, които трябва да бъдат отделени от клетката. Органелите са постоянни и незаменими компоненти на повечето клетки, които имат специфична структура и изпълняват жизненоважна функция.

Мембранните органели на еукариотната клетка включват ендоплазмения ретикулум, апарата на Голджи, митохондриите, лизозомите и пластидите.

Ендоплазмения ретикулум. Цялата вътрешна зона на цитоплазмата е изпълнена с множество малки канали и кухини, стените на които са мембрани, подобни по структура на плазмената мембрана. Тези канали се разклоняват, свързват се един с друг и образуват мрежа, наречена ендоплазмен ретикулум.

Ендоплазменият ретикулум е разнороден по своята структура. Познати са два вида му - зърнест и гладък. На мембраните на каналите и кухините на гранулираната мрежа има много малки заоблени тела - рибозоми, които придават на мембраните груб вид. Мембраните на гладкия ендоплазмен ретикулум не носят на повърхността си рибозоми.

Ендоплазменият ретикулум изпълнява много различни функции. Основната функция на гранулирания ендоплазмен ретикулум е участието в протеиновия синтез, който се осъществява в рибозомите.

На мембраните на гладкия ендоплазмен ретикулум се синтезират липиди и въглехидрати. Всички тези продукти на синтеза се натрупват в канали и кухини и след това се транспортират до различни клетъчни органели, където се консумират или натрупват в цитоплазмата като клетъчни включвания. Ендоплазменият ретикулум свързва основните органели на клетката.

апарат на Голджи

В много животински клетки, като например нервните клетки, той приема формата на сложна мрежа, разположена около ядрото. В клетките на растенията и протозоите апаратът на Голджи е представен от отделни сърповидни или пръчковидни тела. Структурата на този органел е подобна в клетките на растителни и животински организми, въпреки разнообразието на неговата форма.

Съставът на апарата на Голджи включва: кухини, ограничени от мембрани и разположени на групи (5-10 всяка); големи и малки мехурчета, разположени в краищата на кухините. Всички тези елементи образуват единен комплекс.

Апаратът на Голджи изпълнява много важни функции. По каналите на ендоплазмения ретикулум към него се транспортират продуктите от синтетичната дейност на клетката - протеини, въглехидрати и мазнини. Всички тези вещества първо се натрупват, а след това навлизат в цитоплазмата под формата на големи и малки мехурчета и или се използват в самата клетка по време на нейната жизнена дейност, или се отстраняват от нея и се използват в тялото. Например, в клетките на панкреаса на бозайниците се синтезират храносмилателни ензими, които се натрупват в кухините на органоида. След това се образуват везикули, пълни с ензими. Те се екскретират от клетките в панкреатичния канал, откъдето се вливат в чревната кухина. Друга важна функция на този органоид е, че върху неговите мембрани се синтезират мазнини и въглехидрати (полизахариди), които се използват в клетката и които са част от мембраните. Благодарение на дейността на апарата на Голджи става обновяването и растежът на плазмената мембрана.

Митохондриите

Цитоплазмата на повечето животински и растителни клетки съдържа малки тела (0,2-7 микрона) - митохондрии (гръцки "mitos" - нишка, "chondrion" - зърно, гранула).

Митохондриите са ясно видими в светлинен микроскоп, с който можете да видите тяхната форма, местоположение, да преброите броя. Вътрешната структура на митохондриите е изследвана с помощта на електронен микроскоп. Обвивката на митохондриите се състои от две мембрани - външна и вътрешна. Външната мембрана е гладка, не образува гънки и израстъци. Вътрешната мембрана, напротив, образува множество гънки, които са насочени в кухината на митохондриите. Гънките на вътрешната мембрана се наричат кристи (лат. "crista" - гребен, израстък) Броят на кристите не е еднакъв в митохондриите на различните клетки. Може да има от няколко десетки до няколко стотици и особено много кристи има в митохондриите на активно функциониращи клетки, например мускулни клетки.

Митохондриите се наричат "електростанции" на клетките, тъй като основната им функция е синтезът на аденозин трифосфат (АТФ). Тази киселина се синтезира в митохондриите на клетките на всички организми и е универсален източник на енергия, необходима за осъществяване на жизнените процеси на клетката и целия организъм.

Новите митохондрии се образуват при разделянето на вече съществуващи митохондрии в клетката.

Лизозоми

Те са малки кръгли тела. Всяка лизозома е отделена от цитоплазмата с мембрана. Вътре в лизозомата има ензими, които разграждат протеини, мазнини, въглехидрати, нуклеинови киселини.

Лизозомите се приближават до хранителната частица, която е влязла в цитоплазмата, сливат се с нея и се образува една храносмилателна вакуола, вътре в която има хранителна частица, заобиколена от лизозомни ензими. Веществата, образувани в резултат на смилането на хранителна частица, навлизат в цитоплазмата и се използват от клетката.

Притежавайки способността за активно усвояване на хранителни вещества, лизозомите участват в отстраняването на части от клетки, цели клетки и органи, които умират в процеса на жизнена дейност. Образуването на нови лизозоми се случва в клетката постоянно. Ензимите, съдържащи се в лизозомите, както всички други протеини, се синтезират върху рибозомите на цитоплазмата. След това тези ензими навлизат през каналите на ендоплазмения ретикулум в апарата на Голджи, в кухините на който се образуват лизозоми. В тази форма лизозомите навлизат в цитоплазмата.

пластиди

Пластидите се намират в цитоплазмата на всички растителни клетки. В животинските клетки няма пластиди. Различават се три основни вида пластиди: зелени – хлоропласти; червено, оранжево и жълто - хромопласти; безцветни - левкопласти.

Задължителни за повечето клетки са и органели, които нямат мембранна структура. Те включват рибозоми, микрофиламенти, микротубули и клетъчен център.

Рибозоми. Рибозомите се намират в клетките на всички организми. Това са микроскопични тела със заоблена форма с диаметър 15-20 nm. Всяка рибозома се състои от две частици с различни размери, малки и големи.

Една клетка съдържа много хиляди рибозоми, те са разположени или върху мембраните на гранулирания ендоплазмен ретикулум, или лежат свободно в цитоплазмата. Рибозомите са изградени от протеини и РНК. Функцията на рибозомите е протеинов синтез. Синтезът на протеини е сложен процес, който се извършва не от една рибозома, а от цяла група, включваща до няколко десетки комбинирани рибозоми. Тази група рибозоми се нарича полизома. Синтезираните протеини първо се натрупват в каналите и кухините на ендоплазмения ретикулум и след това се транспортират до органелите и клетъчните места, където се консумират. Ендоплазменият ретикулум и рибозомите, разположени върху неговите мембрани, са единен апарат за биосинтеза и транспорт на протеини.

Микротубули и микрофиламенти

Нишковидни структури, състоящи се от различни контрактилни протеини и причиняващи двигателните функции на клетката. Микротубулите имат формата на кухи цилиндри, чиито стени са изградени от протеини - тубулини. Микрофиламентите са много тънки, дълги нишковидни структури, съставени от актин и миозин.

Микротубулите и микрофиламентите проникват в цялата цитоплазма на клетката, образувайки нейния цитоскелет, причинявайки циклоза, вътреклетъчни движения на органели, сегрегация на хромозоми по време на деленето на ядрен материал и др.

Клетъчен център (центрозома). В животинските клетки в близост до ядрото се намира органоид, който се нарича клетъчен център. Основната част на клетъчния център е изградена от две малки тела - центриоли, разположени в малък участък от уплътнена цитоплазма. Всеки центриол има формата на цилиндър с дължина до 1 µm. Центриолите играят важна роля в клетъчното делене; те участват в образуването на вретеното на делене.

В процеса на еволюция различни клетки се адаптират да живеят в различни условия и да изпълняват специфични функции. Това изискваше наличието в тях на специални органоиди, които се наричат специализирани, за разлика от органелите с общо предназначение, разгледани по-горе. Те включват контрактилни вакуоли на протозои, миофибрили на мускулни влакна, неврофибрили и синаптични везикули на нервни клетки, микровили на епителни клетки, реснички и флагели на някои протозои.

Ядро

Ядрото е най-важният компонент на еукариотните клетки. Повечето клетки имат едно ядро, но има и многоядрени клетки (в редица протозои, в скелетните мускули на гръбначните животни). Някои високоспециализирани клетки губят ядра (например еритроцитите на бозайници).

Ядрото, като правило, има сферична или овална форма, по-рядко може да бъде сегментирано или веретенообразно. Ядрото се състои от ядрена мембрана и кариоплазма, съдържаща хроматин (хромозоми) и нуклеоли.

Ядрената мембрана се образува от две мембрани (външна и вътрешна) и съдържа множество пори, през които се извършва обмен на различни вещества между ядрото и цитоплазмата.

Кариоплазмата (нуклеоплазма) е желеобразен разтвор, който съдържа различни протеини, нуклеотиди, йони, както и хромозоми и ядрото.

Ядрото е малко заоблено тяло, интензивно оцветено и намиращо се в ядрата на неделящи се клетки. Функцията на ядрото е синтеза на рРНК и свързването им с протеини, т.е. сглобяване на рибозомни субединици.

Хроматин - бучки, гранули и нишковидни структури, които са специфично оцветени от някои багрила, образувани от ДНК молекули в комбинация с протеини. Различните части на ДНК молекулите в състава на хроматина имат различна степен на спиралност и следователно се различават по интензитет на цвета и естеството на генетичната активност. Хроматинът е форма на съществуване на генетичен материал в неделящи се клетки и осигурява възможност за удвояване и реализиране на съдържащата се в него информация. В процеса на клетъчно делене настъпва спирализация на ДНК и хроматиновите структури образуват хромозоми.

Хромозомите са плътни, интензивно оцветяващи се структури, които са единици от морфологичната организация на генетичния материал и осигуряват точното му разпределение по време на клетъчното делене.

Броят на хромозомите в клетките на всеки биологичен вид е постоянен. Обикновено в ядрата на телесните клетки (соматични) хромозомите са представени по двойки, в зародишните клетки те не са сдвоени. Единичен набор от хромозоми в зародишните клетки се нарича хаплоиден (n), набор от хромозоми в соматичните клетки се нарича диплоиден (2n). Хромозомите на различните организми се различават по размер и форма.

Диплоиден набор от хромозоми в клетките на определен вид живи организми, характеризиращ се с броя, размера и формата на хромозомите, се нарича кариотип. В хромозомния набор от соматични клетки сдвоените хромозоми се наричат хомоложни, хромозомите от различни двойки се наричат нехомоложни. Хомоложните хромозоми са еднакви по размер, форма, състав (едната е наследена от майчиния, другата от бащиния организъм). Хромозомите в кариотипа също се разделят на автозоми или неполови хромозоми, които са еднакви при мъжки и женски индивиди, и хетерохромозоми или полови хромозоми, участващи в определянето на пола и различни при мъжете и жените. Човешкият кариотип е представен от 46 хромозоми (23 двойки): 44 автозоми и 2 полови хромозоми (женската има две еднакви X хромозоми, мъжът има X и Y хромозоми).

Ядрото съхранява и реализира генетична информация, контролира процеса на биосинтеза на протеини, а чрез протеините - всички останали жизнени процеси. Ядрото участва в репликацията и разпределението на наследствената информация между дъщерните клетки и, следователно, в регулирането на клетъчното делене и развитието на тялото.

Цитологията е наука за клетката. Науката за клетката се нарича цитология (на гръцки "cytos" - клетка, "logos" - наука). Обектът на цитологията са клетките на многоклетъчните животни и растения, както и едноклетъчните организми, които включват бактерии, протозои и едноклетъчни водорасли. Цитологията изучава структурата и химичния състав на клетките, функциите на вътреклетъчните структури, функциите на клетките в тялото на животните и растенията, размножаването и развитието на клетките и адаптирането на клетките към условията на околната среда. Съвременната цитология е сложна наука. Тя е в най-тесни връзки с други биологични науки, като ботаника, зоология, физиология, теорията за еволюцията на органичния свят, както и с молекулярната биология, химията, физиката и математиката. Цитологията е една от сравнително младите биологични науки, нейната възраст е около 100 години. Възрастта на термина "клетка" е над 300 години. За първи път името "клетка" в средата на XVII век. прилаган от Р. Хук. Изследвайки тънък участък от корк с микроскоп, Хук видя, че коркът се състои от клетки - клетки.

клетка- елементарна единица на всички живи същества, следователно притежава свойствата на живите организми: силно подредена структура, метаболизъм, раздразнителност, растеж, развитие, възпроизводство, регенерация и други свойства.

Отвън клетката е покрита с клетъчна мембрана, която отделя клетката от външната среда. Той изпълнява следните функции: защитна, ограничителна, рецепторна (възприемане на сигнали от околната среда), транспортна.

Цитоплазмата образува редица специфични структури. Това са междуклетъчни връзки, микровили, реснички, клетъчни процеси. Междуклетъчните връзки (контакти) се делят на прости и сложни. С проста връзка на цитоплазмата на съседни клетки се образуват израстъци, които свързват клетките. Между цитоплазмите винаги има междуклетъчна празнина. В сложните връзки клетките са свързани с помощта на влакна и почти няма разстояние между клетките. Микровилите са подобни на пръсти израстъци на клетки, лишени от органели. Ресничките и флагелите изпълняват функцията на движение.

Митохондриите съдържат богати на енергия вещества, участват в процесите на клетъчно дишане и превръщането на енергията във форма, достъпна за използване от клетката. Броят, размерът и местоположението на митохондриите зависи от функцията на клетката, нейните енергийни нужди. Митохондриите съдържат собствена ДНК. Около 2% от ДНК на клетката се намира в митохондриите. Рибозомите образуват клетъчни протеини. Рибозомите участват в синтеза на протеини и присъстват във всички човешки клетки, с изключение на зрелите еритроцити. Рибозомите могат да бъдат свободно разположени в цитоплазмата. Те синтезират протеина, необходим за живота на самата клетка. Синтезът на протеини е свързан с процеса транскрипции- пренаписване на информация, съхранявана в ДНК.

Ядрото е най-важният органел на клетката: съдържа специално вещество хроматин, от което преди клетъчното делене се образуват нишковидни хромозоми - носители на човешки наследствени характеристики и свойства. Хроматинът се състои от ДНК и малко количество РНК. В делящото се ядро хроматинът се спирализира, в резултат на което хромозомите стават видими. Ядрото (едно или повече) е плътно закръглено тяло, колкото по-голям е размерът, толкова по-интензивен е протеиновият синтез. Рибозомите се образуват в ядрото.

Клетката на всеки организъм е цялостна жива система. Състои се от три неразривно свързани части: мембрана, цитоплазма и ядро. Клетъчната обвивка директно взаимодейства с външната среда и взаимодейства със съседните клетки (в многоклетъчните организми).

Биофизични процеси в клеткитеосигуряват изпълнението на механизмите на нервната регулация, регулирането на физикохимичните параметри на вътрешната среда (осмотично налягане, рН), създаването на електрически заряди на клетките, появата и разпространението на възбуждане, освобождаването на секрети (хормони, ензими и други биологично активни вещества), прилагането на действието на фармакологичните препарати. Тези процеси са възможни благодарение на функционирането транспортна система . Процесите на клетъчния метаболизъм, включително биоенергията и много други, също са свързани с преноса на вещества през мембраните. Фармакологичното действие на почти всяко лекарство се дължи и на проникването му през клетъчните мембрани, а ефективността до голяма степен зависи от неговата пропускливост.

Клетъчни функции

Човешкото тяло има клетъчна структура. Клетките се намират в междуклетъчното вещество, което им осигурява механична здравина, хранене и дишане. Клетките се различават по размер, форма и функция. Изследването на структурата и функциите на клетките се занимава с цитология (гръцки "cytos" - клетка).

Клетката е покрита с мембрана, състояща се от няколко слоя молекули, осигуряващи селективна пропускливост на веществата. Пространството между мембраните на съседните клетки е изпълнено с течно междуклетъчно вещество. Основната функция на мембраната е обменът на вещества между клетката и междуклетъчното вещество.

Цитоплазмата е вискозно полутечно вещество. Цитоплазмата съдържа редица най-малки клетъчни структури - органели, които изпълняват различни функции: ендоплазмен ретикулум, рибозоми, митохондрии, лизозоми, комплекс Голджи, клетъчен център, ядро.

Ендоплазмен ретикулум - система от тубули и кухини, която пронизва цялата цитоплазма. Основната функция е участието в синтеза, натрупването и движението на основните органични вещества, произведени от клетката, синтеза на протеини.

Рибозомите са плътни тела, съдържащи протеин и рибонуклеинова киселина (РНК). Те са мястото на протеиновия синтез. Комплекс на Голджи Кухини, ограничени от мембрани с тубули, простиращи се от тях и везикули, разположени в краищата им. Основната функция е натрупването на органични вещества, образуването на лизозоми.

Клетъчният център се формира от две тела, които участват в клетъчното делене. Тези тела са разположени близо до ядрото.

Ядрото е най-важната структура на клетката. Кухината на ядрото е изпълнена с ядрен сок. Съдържа ядрото, нуклеинови киселини, протеини, мазнини, въглехидрати, хромозоми. Хромозомите съдържат наследствена информация. Клетките имат постоянен брой хромозоми. Клетките на човешкото тяло съдържат 46 хромозоми, а зародишните клетки - 23.

Лизозомите са кръгли тела с комплекс от ензими вътре. Тяхната основна функция е да усвояват хранителните частици и да премахват мъртвите органели.

Съставът на клетките включва неорганични и органични съединения.

Неорганични вещества - вода и соли. Водата съставлява до 80% от клетъчната маса. Той разтваря вещества, участващи в химични реакции: пренася хранителни вещества, премахва отпадъците и вредните съединения от клетката.

Минералните соли - натриев хлорид, калиев хлорид и др., играят важна роля в разпределението на водата между клетките и междуклетъчното вещество. Отделни химични елементи: кислород, водород, азот, сяра, желязо, магнезий, цинк, йод, фосфор участват в създаването на жизненоважни органични съединения.

Органичните съединения образуват до 20-30% от масата на всяка клетка. Сред тях най-голямо значение имат протеините, мазнините, въглехидратите и нуклеиновите киселини.

Протеините са основните и най-сложни органични вещества, открити в природата. Белтъчната молекула е голяма и се състои от аминокиселини. Протеините служат като градивни елементи на клетката. Те участват в образуването на клетъчни мембрани, ядра, цитоплазма, органели. Ензимните протеини са ускорители на химичните реакции. Само в една клетка има до 1000 различни протеини. Състои се от въглерод, водород, азот, кислород, сяра, фосфор.

Въглехидратите са съставени от въглерод, водород и кислород. Въглехидратите включват глюкоза, гликоген от животинско нишесте. При разпадането на 1 g се отделя 17,2 kJ енергия.

Мазнините са съставени от същите химични елементи като въглехидратите. Мазнините са неразтворими във вода. Те са част от клетъчните мембрани, служат като резервен източник на енергия в тялото. При разделянето на 1 g мазнини се освобождава 39,1 kJ енергия.

Нуклеиновите киселини са два вида - ДНК и РНК.

ДНК се намира в ядрото, е част от хромозомите, определя състава на клетъчните протеини и предаването на наследствени черти и свойства от родителите към потомството. Функциите на РНК са свързани с образуването на протеини, характерни за тази клетка.

Основното жизненоважно свойство на клетката е метаболизмът. От междуклетъчното вещество хранителните вещества и кислородът непрекъснато навлизат в клетките и се отделят разпадни продукти.

Веществата, които влизат в клетката, участват в процесите на биосинтеза.

Биосинтезата е образуването на протеини, мазнини, въглехидрати и техните съединения от по-прости вещества. Едновременно с биосинтезата в клетките се извършва разграждането на органичните съединения. Повечето реакции на разлагане включват кислород и освобождаване на енергия. В резултат на метаболизма съставът на клетките непрекъснато се актуализира: някои вещества се образуват, докато други се унищожават.

Свойството на живите клетки, тъкани, целия организъм да реагират на външни или вътрешни въздействия – стимули се нарича раздразнителност. В отговор на химични и физически стимули в клетките настъпват специфични промени в жизнената им активност.

Клетките са способни да растат и да се възпроизвеждат. Всяка от получените дъщерни клетки расте и достига размера на майчината. Новите клетки изпълняват функцията на майчината клетка. Продължителността на живота на клетките варира от няколко часа до десетки години.

Живата клетка има редица жизненоважни свойства: метаболизъм, раздразнителност, растеж и възпроизводство, подвижност, въз основа на които се осъществяват функциите на целия организъм.

Обвивка на клетките.

Клетъчната мембрана има сложна структура. Състои се от външен слой и плазмена мембрана, разположена отдолу. Животинските и растителните клетки се различават по структурата на външния си слой. При растенията, както и при бактериите, синьо-зелените водорасли и гъбите, на повърхността на клетките се намира плътна мембрана или клетъчна стена. В повечето растения се състои от фибри. Клетъчната стена играе изключително важна роля: тя е външна рамка, защитна обвивка, осигурява тургора на растителните клетки: вода, соли, молекули на много органични вещества преминават през клетъчната стена.

Външният слой на повърхността на животинските клетки, за разлика от клетъчните стени на растенията, е много тънък и еластичен. Не се вижда под светлинен микроскоп и се състои от различни полизахариди и протеини. Повърхностният слой на животинските клетки се нарича гликокаликс.

Гликокаликсът изпълнява главно функцията на пряка връзка на животинските клетки с външната среда, с всички вещества, които го заобикалят. Имайки незначителна дебелина (по-малко от 1 микрон), външният слой на животинската клетка не играе поддържаща роля, което е характерно за стените на растителните клетки. Образуването на гликокаликса, както и клетъчните стени на растенията, се дължи на жизнената активност на самите клетки.

Плазмената мембрана.

Под гликокаликса и клетъчната стена на растенията има плазмена мембрана (лат. "membrane" - кожа, филм), граничеща директно с цитоплазмата. Дебелината на плазмената мембрана е около 10 nm, изследването на нейната структура и функции е възможно само с помощта на електронен микроскоп.

Плазмената мембрана съдържа протеини и липиди. Те са подредени по подреден начин и са свързани помежду си чрез химически взаимодействия. Според съвременните представи липидните молекули в плазмената мембрана са подредени в два реда и образуват непрекъснат слой. Протеиновите молекули не образуват непрекъснат слой, те се намират в липидния слой, потапяйки се в него на различна дълбочина.

Протеиновите и липидните молекули са подвижни, което осигурява динамичността на плазмената мембрана.

Плазмената мембрана изпълнява много важни функции, от които завижда жизнената активност на клетките. Една от тези функции е, че образува бариера, която отделя вътрешното съдържание на клетката от външната среда. Но има постоянен обмен на вещества между клетките и външната среда. Водата, различни соли под формата на отделни йони, неорганични и органични молекули навлизат в клетката от външната среда. Те навлизат в клетката през много тънки канали на плазмената мембрана. Продуктите, образувани в клетката, се отделят във външната среда. Преносът на материя е една от основните функции на плазмената мембрана. Метаболитните продукти, както и веществата, синтезирани в клетката, се отстраняват от клетката през плазмената мембрана. Те включват различни протеини, въглехидрати, хормони, които се произвеждат в клетките на различни жлези и се екскретират в извънклетъчната среда под формата на малки капки.

Клетките, които образуват различни тъкани (епителни, мускулни и др.) при многоклетъчните животни са свързани помежду си чрез плазмена мембрана. На кръстовището на две клетки мембраната на всяка от тях може да образува гънки или израстъци, които придават на връзките специална здравина.

Свързването на растителните клетки се осигурява от образуването на тънки канали, които са пълни с цитоплазма и ограничени от плазмената мембрана. Хранителни вещества, йони, въглехидрати и други съединения идват от една клетка в друга през такива канали, преминаващи през клетъчните мембрани.

На повърхността на много животински клетки, например различни епители, има много малки тънки израстъци на цитоплазмата, покрити с плазмена мембрана - микровили. Най-голям брой микровили се намират на повърхността на чревните клетки, където се извършва интензивно смилане и усвояване на смляната храна.

Фагоцитоза.

Големи молекули органични вещества, като протеини и полизахариди, хранителни частици, бактерии навлизат в клетката чрез фагоцит (гръцки "фагео" - поглъщам). Плазмената мембрана участва пряко във фагоцита. На мястото, където повърхността на клетката влиза в контакт с частица от някаква плътна субстанция, мембраната се увисва, образува вдлъбнатина и обгражда частицата, която в "мембранен пакет" потъва в клетката. Образува се храносмилателна вакуола и в нея се усвояват попадналите в клетката органични вещества.

Цитоплазма.

Отграничена от външната среда от плазмената мембрана, цитоплазмата е вътрешната полутечна среда на клетките. Цитоплазмата на еукариотните клетки съдържа ядрото и различни органели. Ядрото е разположено в централната част на цитоплазмата. Той също така съдържа различни включвания - продукти на клетъчната дейност, вакуоли, както и най-малките тръбички и нишки, които образуват скелета на клетката. В състава на основното вещество на цитоплазмата преобладават протеините. Основните метаболитни процеси протичат в цитоплазмата, тя обединява ядрото и всички органели в едно цяло, осигурява тяхното взаимодействие, дейността на клетката като единна цялостна жива система.

Ендоплазмения ретикулум.

Цялата вътрешна зона на цитоплазмата е изпълнена с множество малки канали и кухини, стените на които са мембрани, подобни по структура на плазмената мембрана. Тези канали се разклоняват, свързват се един с друг и образуват мрежа, наречена ендоплазмен ретикулум.

Ендоплазменият ретикулум е разнороден по своята структура. Познати са два вида му - зърнест и гладък. На мембраните на каналите и кухините на гранулираната мрежа има много малки кръгли тела - рибозоми, които придават на мембраните груб вид. Мембраните на гладкия ендоплазмен ретикулум не носят на повърхността си рибозоми.

Рибозоми.

Рибозомите се намират в клетките на всички организми. Това са микроскопични тела със заоблена форма с диаметър 15-20 nm. Всяка рибозома се състои от две частици с различни размери, малки и големи.

Една клетка съдържа много хиляди рибозоми, те са разположени или върху мембраните на гранулирания ендоплазмен ретикулум, или лежат свободно в цитоплазмата. Рибозомите са изградени от протеини и РНК. Функцията на рибозомите е протеинов синтез. Синтезът на протеини е сложен процес, който се извършва не от една рибозома, а от цяла група, включваща до няколко десетки комбинирани рибозоми. Тази група рибозоми се нарича полизома. Синтезираните протеини първо се натрупват в каналите и кухините на ендоплазмения ретикулум и след това се транспортират до органелите и областите на клетката, където се консумират. Ендоплазменият ретикулум и рибозомите, разположени върху неговите мембрани, са единен апарат за биосинтеза и транспорт на протеини.

Митохондриите.

Митохондриите се наричат "електростанции" на клетките ", тъй като основната им функция е синтезът на аденозинтрифосфорна киселина (АТФ). Тази киселина се синтезира в митохондриите на клетките на всички организми и е универсален източник на енергия, необходима за осъществяването на жизнените процеси на клетката и целия организъм.

Новите митохондрии се образуват при разделянето на вече съществуващи митохондрии в клетката.

Пластиди.

Хлоропласт.

Тези органели се намират в клетките на листата и други зелени растителни органи, както и в различни водорасли. Размерът на хлоропластите е 4-6 микрона, най-често те имат овална форма. При висшите растения една клетка обикновено има няколко десетки хлоропласти. Зеленият цвят на хлоропластите зависи от съдържанието на пигмента хлорофил в тях. Хлоропластът е основният органел на растителните клетки, в който се извършва фотосинтезата, т.е. образуването на органични вещества (въглехидрати) от неорганични вещества (CO2 и H2O) с помощта на енергията на слънчевата светлина.

Хлоропластите са структурно подобни на митохондриите. Хлоропластът е отграничен от цитоплазмата с две мембрани - външна и вътрешна. Външната мембрана е гладка, без гънки и израстъци, а вътрешната образува множество нагънати израстъци, насочени навътре в хлоропласта. Поради това голям брой мембрани са концентрирани вътре в хлоропласта, образувайки специални структури - грана. Те са подредени като купчина монети.

Молекулите на хлорофила се намират в мембраните на грана, тъй като именно тук се извършва фотосинтезата. АТФ се синтезира и в хлоропластите. Между вътрешните мембрани на хлоропласта се съдържа ДНК, РНК. и рибозоми. Следователно в хлоропластите, както и в митохондриите, има синтез на протеин, необходим за дейността на тези органели. Хлоропластите се размножават чрез делене.

Хромопластите се намират в цитоплазмата на клетките на различни части на растенията: в цветя, плодове, стъбла, листа. Наличието на хромопласти обяснява жълтия, оранжевия и червения цвят на венчетата на цветя, плодове, есенни листа.

Левкопласти.

Те се намират в цитоплазмата на клетките на неоцветени части от растения, например в стъбла, корени, грудки. Формата на левкопластите е разнообразна.

Хлоропластите, хромопластите и левкопластите са способни на обмен на клетки. Така че, когато плодовете узреят или листата променят цвета си през есента, хлоропластите се превръщат в хромопласти, а левкопластите могат да се превърнат в хлоропласти, например, когато картофените клубени станат зелени.

Апарат на Голджи.

Лизозоми.

Клетъчен център.

В животинските клетки в близост до ядрото се намира органоид, който се нарича клетъчен център. Основната част на клетъчния център е изградена от две малки тела - центриоли, разположени в малка област от уплътнена цитоплазма. Всеки центриол има формата на цилиндър с дължина до 1 µm. Центриолите играят важна роля в клетъчното делене; те участват в образуването на вретеното на делене.

Клетъчни включвания.

Клетъчните включвания включват въглехидрати, мазнини и протеини. Всички тези вещества се натрупват в цитоплазмата на клетката под формата на капки и зърна с различна големина и форма. Те периодично се синтезират в клетката и се използват в метаболитния процес.

Ядро.

Всяка клетка на едноклетъчните и многоклетъчните животни, както и на растенията, съдържа ядро. Формата и големината на ядрото зависят от формата и големината на клетките. Повечето клетки имат едно ядро и такива клетки се наричат мононуклеарни. Има и клетки с две, три, няколко десетки и дори стотици ядра. Това са многоядрени клетки.

Ядреният сок е полутечно вещество, който се намира под ядрената обвивка и представлява вътрешната среда на ядрото.

клетка- елементарна единица на жива система. Различните структури на живата клетка, които отговарят за изпълнението на определена функция, се наричат органели, както и органите на целия организъм. Специфичните функции в клетката са разпределени между органели, вътреклетъчни структури, които имат определена форма, като клетъчното ядро, митохондриите и др.

Клетъчни структури:

Цитоплазма. Задължителна част от клетката, затворена между плазмената мембрана и ядрото. Цитозоле вискозен воден разтвор на различни соли и органични вещества, пропити със система от белтъчни нишки - цитоскелети. Повечето химични и физиологични процеси на клетката протичат в цитоплазмата. Структура: Цитозол, цитоскелет. Функции: включва различни органели, вътрешната среда на клетката
плазмената мембрана. Всяка клетка от животни, растения е ограничена от околната среда или други клетки от плазмената мембрана. Дебелината на тази мембрана е толкова малка (около 10 nm), че може да се види само с електронен микроскоп.

Липидите образуват двоен слой в мембраната, а протеините проникват в цялата й дебелина, потопени са на различна дълбочина в липидния слой или са разположени по външната и вътрешната повърхност на мембраната. Структурата на мембраните на всички други органели е подобна на плазмената мембрана. Структура: двоен слой от липиди, протеини, въглехидрати. Функции: ограничаване, запазване на формата на клетката, защита от увреждане, регулатор на приема и отстраняването на веществата.

Лизозоми. Лизозомите са мембранни органели. Имат овална форма и диаметър 0,5 микрона. Те съдържат набор от ензими, които разграждат органичните вещества. Мембраната на лизозомите е много силна и предотвратява проникването на собствените си ензими в цитоплазмата на клетката, но ако лизозомата е повредена от външни влияния, тогава цялата клетка или част от нея се унищожава.
Лизозомите се намират във всички клетки на растения, животни и гъби.

Извършвайки смилането на различни органични частици, лизозомите осигуряват допълнителни "суровини" за химични и енергийни процеси в клетката. По време на гладуване лизозомните клетки усвояват някои органели, без да убиват клетката. Такова частично храносмилане осигурява на клетката необходимия минимум хранителни вещества за известно време. Понякога лизозомите усвояват цели клетки и групи от клетки, което играе съществена роля в процесите на развитие при животните. Пример е загубата на опашката по време на превръщането на попова лъжица в жаба. Структура: везикули с овална форма, мембрана отвън, ензими вътре. Функции: разграждане на органични вещества, унищожаване на мъртви органели, унищожаване на отработени клетки.

Комплекс Голджи. Продуктите на биосинтезата, влизащи в лумените на кухините и тубулите на ендоплазмения ретикулум, се концентрират и транспортират в апарата на Голджи. Този органел е с размер 5–10 µm.

Структура: кухини, заобиколени от мембрани (везикули). Функции: натрупване, опаковане, отделяне на органични вещества, образуване на лизозоми

Ендоплазмения ретикулум. Ендоплазменият ретикулум е система за синтез и транспорт на органични вещества в цитоплазмата на клетката, която представлява ажурна структура от свързани кухини.
Към мембраните на ендоплазмения ретикулум са прикрепени голям брой рибозоми - най-малките клетъчни органели, които приличат на сфера с диаметър 20 nm. и се състои от РНК и протеин. Рибозомите са мястото, където се извършва протеиновият синтез. След това новосинтезираните протеини навлизат в системата от кухини и тубули, по които се придвижват вътре в клетката. Кухини, тубули, тубули от мембрани, на повърхността на рибозомните мембрани. Функции: синтез на органични вещества с помощта на рибозоми, транспорт на вещества.

Рибозоми. Рибозомите са прикрепени към мембраните на ендоплазмения ретикулум или са свободно разположени в цитоплазмата, подредени са в групи и върху тях се синтезират протеини. Протеинов състав, рибозомна РНК Функции: осигурява биосинтеза на протеин (сглобяване на протеинова молекула от).
Митохондриите. Митохондриите са енергийни органели. Формата на митохондриите е различна, те могат да бъдат останали, пръчковидни, нишковидни със среден диаметър 1 микрон. и дължина 7 µm. Броят на митохондриите зависи от функционалната активност на клетката и може да достигне десетки хиляди в летящите мускули на насекомите. Митохондриите са външно ограничени от външна мембрана, под нея има вътрешна мембрана, която образува множество израстъци - кристи.

Вътре в митохондриите има РНК, ДНК и рибозоми. В нейните мембрани са вградени специфични ензими, с помощта на които енергията на хранителните вещества се преобразува в митохондриите в АТФ енергия, необходима за живота на клетката и на организма като цяло.

Мембрана, матрикс, израстъци - кристи. Функции: синтез на АТФ молекула, синтез на собствени протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, липиди, образуване на собствени рибозоми.

пластиди. Само в растителната клетка: левкопласти, хлоропласти, хромопласти. Функции: натрупване на резервни органични вещества, привличане на опрашващи насекоми, синтез на АТФ и въглехидрати. Хлоропластите имат форма на диск или топка с диаметър 4-6 микрона. С двойна мембрана - външна и вътрешна. Вътре в хлоропласта има ДНК рибозоми и специални мембранни структури - грана, свързани помежду си и с вътрешната мембрана на хлоропласта. Всеки хлоропласт съдържа около 50 зърна, подредени за по-добро улавяне на светлината. В гран мембраните се намира хлорофил, благодарение на който енергията на слънчевата светлина се преобразува в химическата енергия на АТФ. Енергията на АТФ се използва в хлоропластите за синтеза на органични съединения, предимно въглехидрати.
Хромопласти. Червените и жълтите пигменти, открити в хромопластите, придават на различни части на растението техния червен и жълт цвят. моркови, плодове от домати.

Левкопластите са мястото на натрупване на резервно хранително вещество - нишесте. Особено много левкопласти има в клетките на картофените клубени. На светлина левкопластите могат да се превърнат в хлоропласти (в резултат на което клетките на картофите стават зелени). През есента хлоропластите се превръщат в хромопласти, а зелените листа и плодове стават жълти и червени.

Клетъчен център. Състои се от два цилиндъра, центриоли, разположени перпендикулярно един на друг. Функции: опора за резби на шпиндела

Клетъчните включвания или се появяват в цитоплазмата, или изчезват по време на живота на клетката.

Плътните включвания под формата на гранули съдържат резервни хранителни вещества (скорбяла, протеини, захари, мазнини) или клетъчни отпадъци, които все още не могат да бъдат отстранени. Всички пластиди на растителните клетки имат способността да синтезират и натрупват резервни хранителни вещества. В растителните клетки натрупването на резервни хранителни вещества се извършва във вакуоли.

Зърна, гранули, капкиФункции: непостоянни образувания, които съхраняват органична материя и енергия

Ядро. Ядрена обвивка от две мембрани, ядрен сок, ядро. Функции: съхранение на наследствена информация в клетката и нейното възпроизвеждане, синтез на РНК - информационна, транспортна, рибозомна. Спорите са разположени в ядрената мембрана, чрез която се осъществява активен обмен на вещества между ядрото и цитоплазмата. Ядрото съхранява наследствена информация не само за всички характеристики и свойства на дадена клетка, за процесите, които трябва да протичат в нея (например синтез на протеини), но и за характеристиките на организма като цяло. Информацията се записва в ДНК молекулите, които са основната част от хромозомите. Ядрото съдържа ядро. Ядрото, поради наличието в него на хромозоми, съдържащи наследствена информация, изпълнява функциите на център, който контролира цялата жизнена дейност и развитие на клетката.

СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ НА КЛЕТКАТА

Клетката е елементарна единица от структурата и жизнената дейност на всички организми (с изключение на вирусите, които често се наричат неклетъчни форми на живот), която има собствен метаболизъм, способна е на самостоятелно съществуване, самовъзпроизвеждане и развитие. . Всички живи организми се състоят или от много клетки (многоклетъчни животни, растения и гъби), или са едноклетъчни (много протозои и бактерии). Клонът на биологията, който изучава структурата и дейността на клетките, се нарича цитология. Напоследък също стана обичайно да се говори за биологията на клетката или клетъчна биология.

Обикновено размерите на растителните и животински клетки варират от 5 до 20 микрона в диаметър. Типичната бактериална клетка е много по-малка - прибл. 2 µm, а най-малкият известен е 0,2 µm.

Някои свободно живеещи клетки, като протозои като фораминифери, могат да бъдат дълги няколко сантиметра; те винаги имат много ядра. Клетките на тънките растителни влакна достигат дължина от един метър, а процесите на нервните клетки достигат няколко метра при големи животни. При такава дължина обемът на тези клетки е малък, а повърхността е много голяма.

Най-големите клетки са неоплодени птичи яйца, пълни с жълтък. Най-голямото яйце (и следователно най-голямата клетка) принадлежеше на изчезнала огромна птица - епиорнис (Aepyornis). Предполага се, че жълтъкът му е тежал приблизително. 3,5 кг. Най-голямото яйце сред живите видове принадлежи на щрауса, жълтъкът му тежи приблизително. 0,5 кг

Някога клетката се разглеждаше като повече или по-малко хомогенна капка органична материя, която се наричаше протоплазма или живо вещество. Този термин стана остарял, след като стана ясно, че клетката се състои от много ясно разделени структури, наречени клетъчни органели („малки органи“).

Първият човек, видял клетки, е английският учен Робърт Хук (познат ни благодарение на закона на Хук). През 1665 г., опитвайки се да разбере защо корковото дърво плува толкова добре, Хук започва да изследва тънки срезове от корк с подобрен имикроскоп. Той открива, че тапата е разделена на много малки клетки, което му напомня на пчелните пити в пчелните кошери, и той нарича тези клетки клетки (на английски cell означава „клетка, клетка“).

През 1675 г. италианският лекар М. Малпиги, а през 1682 г. - английски ботаник Н. Гру потвърди клетъчната структура на растенията. Те започнаха да говорят за клетката като за „балон, пълен с хранителен сок“. През 1674 г. холандски майстор Антъни ван Льовенхук(Антон ван Льовенхук, 1632-1723) с помощта на микроскоп за първи път видя в капка вода "животни" - движещи се живи организми (ресничести, амеба, бактерии). Льовенхук е и първият, който наблюдава животински клетки - еритроцити и сперматозоиди. Така в началото на 18 век учените знаеха, че при голямо увеличение растенията имат клетъчна структура и видяха някои организми, които по-късно бяха наречени едноклетъчни. През 1802-1808 г. френският изследовател Шарл-Франсоа Мирбел установява, че всички растения се състоят от тъкани, образувани от клетки. Б. Ламарк през 1809г

разшири идеята на Мирбел за клетъчната структура към животинските организми. През 1825 г. чешкият учен Дж. Пуркин открива ядрото на яйцеклетката на птиците и през 1839 г. въвежда термина "протоплазма". През 1831 г. английският ботаник Р. Браун пръв описва ядрото на растителна клетка и през 1833 г. установява, че ядрото е основен органел на растителна клетка. Оттогава основното в организацията на клетките не е мембраната, а съдържанието.

Методи за изследване на клетките

За първи път клетките могат да се видят едва след създаването на светлинни микроскопи; от това време до днес микроскопията остава един от най-важните методи за изследване на клетките. Светлинната (оптична) микроскопия, въпреки относително ниската си разделителна способност, направи възможно наблюдението на живи клетки. През ХХ век е изобретена електронната микроскопия, която дава възможност да се изследва ултраструктурата на клетките.

При изучаването на формата и структурата на клетката първият инструмент е светлинният микроскоп. Разделителната способност е ограничена до размери, сравними с дължината на вълната на светлината (0,4–0,7 µm за видима светлина). Въпреки това, много елементи от клетъчната структура са много по-малки по размер.

Друга трудност е, че повечето клетъчни компоненти са прозрачни и индексът им на пречупване е почти същият като този на водата. За подобряване на видимостта често се използват багрила, които имат различен афинитет към различните клетъчни компоненти. Оцветяването се използва и за изследване на химията на клетката. Например, някои багрила се свързват предимно с нуклеинови киселини и по този начин разкриват локализацията си в клетката. Малко количество багрила

- наричат се in vivo - могат да се използват за оцветяване на живи клетки, но обикновено клетките трябва да бъдат предварително фиксирани (с помощта на вещества, които коагулират протеина) и едва след това могат да бъдат оцветени.

Преди изследването клетки или парчета тъкан обикновено се поставят в парафин или пластмаса и след това се нарязват на много тънки срезове с помощта на микротом. Този метод се използва широко в клиничните лаборатории за откриване на туморни клетки. В допълнение към конвенционалната светлинна микроскопия са разработени и други оптични методи за изследване на клетките: флуоресцентна микроскопия, фазово-контрастна микроскопия, спектроскопия и рентгенов дифракционен анализ.

оптична микроскопия

В оптичния микроскоп увеличението на обект се постига чрез серия от лещи, през които преминава светлината. Максималното увеличение, което може да се постигне с оптичен микроскоп е около 1000. Друга важна характеристика е

разделителната способност е само около 200 nm; такова разрешение беше получено накрая

XIX век. Така най-малките структури, които могат да се наблюдават под оптичен микроскоп, са митохондриите и бактериите, чийто линеен размер е приблизително 500 nm. Въпреки това, обекти, по-малки от 200 nm, се виждат в светлинен микроскоп само ако самите те излъчват светлина. Тази функция се използва в флуоресцентна микроскопиякогато клетъчни структури или отделни протеини се свързват със специални флуоресцентни протеини или антитела с флуоресцентни етикети. Качеството на изображението, получено с оптичен микроскоп, също се влияе от контраста - той може да бъде увеличен с помощта на различни методи за оцветяване на клетките. Фазово-контрастната, диференциалната интерференционно-контрастна и микроскопията с тъмно поле се използва за изследване на живи клетки.Конфокалните микроскопи подобряват качеството на флуоресцентните изображения.

електронна микроскопия

През 30-те години на миналия век е конструиран електронен микроскоп, при който вместо светлина през обект преминава сноп от електрони. Теоретичната граница на разделителна способност за съвременните електронни микроскопи е около 0,002 nm, но поради практически причини се постига само около 2 nm разделителна способност за биологични обекти. Електронният микроскоп може да се използва за изследване на ултраструктурата на клетките. Има два основни вида електронна микроскопия:

сканиране и предаване.

Сканиращата (растерна) електронна микроскопия (SEM) се използва за изследване на повърхността на обект. Пробите често са покрити с тънък златен слой. REM

ви позволява да получавате 3D изображения. Трансмисионна (трансмисионна) електронна микроскопия (ТЕМ) – използва се за изследване на вътрешните

клетъчни структури. Електронен лъч преминава през обект, предварително обработен с тежки метали, които се натрупват в определени структури, увеличавайки тяхната електронна плътност. Електроните се разпръскват в области на клетката с по-висока електронна плътност, което кара тези области да изглеждат по-тъмни в изображенията.

Фракциониране на клетки. За да се установят функциите на отделните компоненти на клетката, е важно да се изолират в тяхната чиста форма, най-често това се прави с помощта на диференциалния метод. центрофугиране. Разработени са техники за получаване на чисти фракции от всякакви клетъчни органели. Производството на фракции започва с разрушаването на плазмената мембрана и образуването на клетъчен хомогенат. Хомогенатът се центрофугира последователно при различни скорости, като на първия етап могат да се получат четири фракции: (1) ядра и големи фрагменти от клетки, (2) митохондрии, пластиди, лизозоми и пероксизоми, (3) микрозоми - везикули на Голджи и ендоплазма ретикулум, (4) рибозоми, протеини и по-малки молекули ще останат в супернатантата. По-нататъшното диференциално центрофугиране на всяка от смесените фракции прави възможно получаването на чисти препарати от органели, към които могат да се прилагат различни биохимични и микроскопични методи.

клетъчна структура

Всички клетъчни форми на живот на Земята могат да бъдат разделени на две царства въз основа на структурата на съставните им клетки:

прокариоти (предядрени) - по-прости по структура;

еукариотите (ядрените) са по-сложни. Клетките, които изграждат човешкото тяло, са еукариотни.

Въпреки разнообразието от форми, организацията на клетките на всички живи организми е подчинена на единни структурни принципи.

прокариотна клетка

Прокариоти (лат. pro - преди, преди гръцки κάρῠον - ядро, ядка) - организми, които за разлика от еукариотите нямат оформено клетъчно ядро и други вътрешни мембранни органели (с изключение на плоските цистерни при фотосинтезиращи видове, например уцианобактерии ). Единствената голяма кръгла (при някои видове - линейна) двуверижна ДНК молекула, която съдържа основната част от генетичния материал на клетката (т.нар. нуклеоид), не образува комплекс с хистонови протеини (т.нар. хроматин). Прокариотите включват бактерии, включително цианобактерии (синьо-зелени водорасли) и археи. Основното съдържание на клетката, което запълва целия й обем, е вискозно гранулирано

цитоплазма.

еукариотна клетка

Еукариоти (Eukaryotes) (гръцки ευ - добър, напълно и κάρῠον - ядро, ядка)

Организми, които за разлика от прокариотите имат добре оформено клетъчно ядро, ограничено от цитоплазмата от ядрената мембрана. Генетичният материал се съдържа в няколко линейни двуверижни ДНК молекули (в зависимост от вида на организмите техният брой на ядро може да варира от две до няколкостотин), прикрепени отвътре към мембраната на клетъчното ядро и формиращи се в обширната повечето от тях представляват комплекс с хистонови протеини, наречени хроматин.

Структурата на еукариотната клетка. Схематично представяне на животинска клетка.

Някои клетки, главно растителни и бактериални, имат външен клетъчна стена. При висшите растения се състои от целулоза. Клетъчната стена играе изключително важна роля: тя е външна рамка, защитна обвивка, осигурява тургор на растителните клетки: вода, соли и молекули на много органични вещества преминават през клетъчната стена .. Клетъчните стени обикновено отсъстват в животинските клетки .

Намира се под клетъчната стена на растенията плазмената мембранаили плазмалема. Дебелината на плазмената мембрана е около 10 nm, изследването на нейната структура и функции е възможно само с помощта на електронен микроскоп.

Вътре клетката е изпълнена с цитоплазма, в която са разположени различни органели и клетъчни включвания, както и генетичен материал под формата на ДНК молекула. Всеки от органоидите на клетката изпълнява своя специална функция и всички заедно определят жизнената дейност на клетката като цяло.

Плазмената мембрана изпълнява предимно ограничителна функция по отношение на външната за

клетки в околната среда. Това е двоен слой от молекули (бимолекулен слой или двуслой). По принцип това са молекули на фосфолипиди и други вещества, близки до тях. Липидните молекули имат двойна природа, проявяваща се в начина, по който се държат по отношение на водата. Главите на молекулите са хидрофилни, т.е. имат афинитет към водата и техните въглеводородни опашки са хидрофобни. Следователно, когато се смесят с вода, липидите образуват филм на повърхността си, подобен на маслен филм; в същото време всичките им молекули са ориентирани по един и същи начин: главите на молекулите са във водата, а въглеводородните опашки са над нейната повърхност.

AT клетъчната мембрана има два такива слоя, като във всеки от тях главите на молекулите са обърнати навън, а опашките са обърнати вътре в мембраната, една към друга, като по този начин не влизат в контакт с водата.

В допълнение към основните липидни компоненти, той съдържа големи протеинови молекули, които могат да „плуват“ в липидния двоен слой и са разположени така, че едната им страна е обърната вътре в клетката, а другата е в контакт с външната среда. Някои протеини са разположени само на външната или само на вътрешната повърхност на мембраната или са само частично потопени в липидния двоен слой.

Основната функция на клетъчната мембрана е да регулира транспорта на вещества в и извън клетката.

Има няколко механизма за транспортиране на вещества през мембраната:

Дифузия - проникването на веществата през мембраната по концентрационния градиент (от областта, където концентрацията им е по-висока, към зоната, където концентрацията им е по-ниска). Дифузният транспорт на веществата се осъществява с участието на мембранни протеини, в които има молекулни пори (вода, йони) или с участието на липидната фаза (за мастноразтворимите вещества).

Улеснена дифузия- специални мембранни протеини-носители избирателно се свързват с един или друг йон или молекула и ги пренасят през мембраната.

активен транспорт. Този механизъм е свързан с разходите за енергия и служи за транспортиране на веществата срещу градиента на тяхната концентрация. Извършва се от специални

протеини носители, които образуват така наречените йонни помпи. Най-изследваната е Na+ /K+ помпата в животинските клетки, която активно изпомпва Na+ йони, докато абсорбира K+ йони.

AT В комбинация с активния транспорт на йони в клетката различни захари, нуклеотиди и аминокиселини проникват през цитоплазмената мембрана.

Такава селективна пропускливост е физиологично много важна и нейното отсъствие

– първо доказателство за клетъчна смърт. Това може лесно да се илюстрира с примера на цвеклото. Ако жив корен от цвекло се потопи в студена вода, той запазва пигмента си; ако цвеклото се вари, тогава клетките умират, стават лесно пропускливи и губят пигмента, който оцветява водата в червено.

Големите молекули като протеиновите клетки могат да "поглъщат". Под въздействието на някои протеини, ако те присъстват в течността около клетката, възниква инвагинация в клетъчната мембрана, която след това се затваря, образувайки мехурче - малка вакуола, съдържаща вода и протеинови молекули; след това мембраната около вакуолата се счупва и съдържанието навлиза в клетката. Този процес се нарича пиноцитоза (буквално "пиене на клетки") или ендоцитоза.

По-големи частици, като частици храна, могат да бъдат абсорбирани по подобен начин по време на т.нар. фагоцитоза. По правило вакуолата, образувана по време на фагоцитоза, е по-голяма и храната се усвоява от ензимите на лизозомите вътре във вакуолата, докато мембраната около нея се разкъса. Този тип хранене е характерно за протозоите, например за амебите, които ядат бактерии.

Екзоцитоза (exo - out), благодарение на нея клетката премахва вътреклетъчните продукти или несмлени остатъци, затворени във вакуоли или везикули. Везикулата се приближава до цитоплазмената мембрана, слива се с нея и съдържанието й се освобождава в околната среда. Така се отделят храносмилателни ензими, хормони, хемицелулоза и др.

Структурата на цитоплазмата.

Течният компонент на цитоплазмата се нарича още цитозол. Под светлинен микроскоп изглеждаше, че клетката е пълна с нещо като течна плазма или зол, в която ядрото и другите органели „плуват“. Всъщност не е. Вътрешното пространство на еукариотната клетка е строго подредено. Движението на органелите се координира с помощта на специализирани транспортни системи, така наречените микротубули, които служат като вътреклетъчни „пътища“, и специални протеини, динеини и кинезини, които играят ролята на „двигатели“. Отделните протеинови молекули също не дифундират свободно в цялото вътреклетъчно пространство, а се насочват към необходимите компартменти чрез специални сигнали на тяхната повърхност, разпознати от транспортните системи на клетката.

Ендоплазмения ретикулум

В еукариотната клетка има система от мембранни отделения, преминаващи едно в друго (тръби и резервоари),

което се нарича ендоплазмения ретикулум(или ендоплазмения ретикулум, EPR или EPS). Тази част от EPR, към чиито мембрани са прикрепени рибозоми, се нарича гранулирана (или груба) ендоплазма

ретикулум, върху неговите мембрани се осъществява протеинов синтез. Тези отделения, по стените на които няма рибозоми, се класифицират като гладки ER, които участват в синтеза на липиди. Вътрешните пространства на гладката и гранулирана ER не са изолирани, а преминават едно в друго и комуникират с луминалната мембрана. Тубулите също се отварят на клетъчната повърхност и ендоплазменият ретикулум по този начин играе ролята на апарат, чрез който външната среда може директно да взаимодейства с цялото съдържание на клетката.

Малки тела, наречени рибозоми, покриват повърхността на грапавия ендоплазмен ретикулум, особено близо до ядрото. Диаметърът на рибозомата е около 15 nm. Всяка рибозома се състои от две частици с различни размери малки и големи.Основната им функция е синтеза на протеини; матрична (информационна) РНК и аминокиселини, свързани с трансферната РНК, са прикрепени към тяхната повърхност. Синтезираните протеини първо се натрупват в каналите и кухините на ендоплазмения ретикулум и след това се транспортират до органелите и клетъчните места, където се консумират.

апарат на Голджи

Апарат на Голджи (комплекс на Голджи)

представлява купчина плоски мембранни торбички, донякъде разширени по-близо до краищата. В резервоарите на апарата на Голджи узряват някои протеини, синтезирани върху мембраните на гранулирания ER и предназначени за секреция или образуване на лизозоми. Апаратът на Голджи е асиметричен - резервоарите, разположени по-близо до клетъчното ядро (цис-Голджи), съдържат най-малко зрели протеини, мембранни везикули, везикули, пъпки от ендоплазмения ретикулум, непрекъснато се присъединяват към тези резервоари. Очевидно с помощта на същите везикули се осъществява по-нататъшното движение на зреещите протеини от един резервоар в друг. Накрая от противоположния край на органела

(транс-Голджи) везикули, съдържащи напълно зрели протеини, изпъпват.

Лизозоми

Лизозомите (на гръцки "Liseo" - разтваря се, "Soma" - тяло) са малки кръгли тела. Тези мембранни клетъчни органели са с овална форма и диаметър 0,5 µm. Те започват от апарата на Голджи и вероятно от ендоплазмения ретикулум. Лизозомите съдържат различни ензими, които разграждат големи молекули: протеини, мазнини, въглехидрати, нуклеинови киселини. Поради разрушителното си действие, тези ензими са сякаш "заключени" в лизозомите и се освобождават само при необходимост. Но ако лизозомата

увредена от всякакви външни въздействия, тогава цялата клетка или част от нея се унищожава.

По време на вътреклетъчното смилане ензимите се освобождават от лизозомите в храносмилателните вакуоли.

По време на гладуване лизозомните клетки усвояват някои органели, без да убиват клетката. Такова частично храносмилане осигурява на клетката необходимия минимум хранителни вещества за известно време.

Притежавайки способността за активно усвояване на хранителни вещества, лизозомите участват в отстраняването на части от клетки, цели клетки и органи, които умират в процеса на жизнена дейност. Например, изчезването на опашката при попова лъжица на жаба се случва под действието на лизозомни ензими.В този случай това е нормално и полезно за тялото, но понякога такова разрушаване на клетките е патологично. Например, когато азбестовият прах се вдишва, той може да навлезе в клетките на белите дробове и след това лизозомите се разкъсват, клетките се разрушават и се развива белодробно заболяване.

Информационният център на клетката, мястото за съхранение и възпроизвеждане на наследствена информация, която определя всички характеристики на дадена клетка и на организма като цяло, е ядрото. Отстраняването на ядрото от клетката, като правило, води до нейната бърза смърт. Формата и размерът на клетъчното ядро е много променлив в зависимост от вида на организма, както и от вида, възрастта и функционалното състояние на клетката. Общ план

Структурата на ядрото е еднаква във всички еукариотни клетки. Клетъчното ядро се състои от ядрена мембрана, ядрена матрица (нуклеоплазма), хроматин и ядро (едно или повече). Съдържанието на ядрото е отделено от цитоплазмата с двойна мембрана или т.нар. ядрена обвивка. Външната мембрана на някои места преминава в каналите на ендоплазмения ретикулум; към него са прикрепени рибозоми.Клетъчното ядро съдържа ДНК молекули, върху които е записана генетичната информация на организма. . Това определя водещата роля на клетъчното ядро в наследствеността. В ядрото се извършва репликация - удвояване на ДНК молекули, както и транскрипция - синтез на РНК молекули върху матрицата на ДНК. Сглобяването на карибозомите също се извършва в ядрото, в специални образувания, наречени нуклеоли. Ядрената обвивка е пронизана с много пори, чийто диаметър е около 90 nm. Поради наличието на пори, които осигуряват селективна пропускливост, ядрената обвивка контролира обмена на вещества между ядрото и цитоплазмата.

фибриларни структури, разположени в цитоплазмата на клетката: микротубули, актин и междинни филаменти. Микротубулите участват в транспорта на органели, влизат в състава на камшичетата, а митотичното вретено е изградено от микротубули. Актиновите нишки са от съществено значение за поддържането

клетъчна форма, псевдоподиални реакции. Ролята на междинните нишки също изглежда е да поддържат структурата на клетката. Протеините на цитоскелета съставляват няколко десетки процента от масата на клетъчния протеин.

Центриоли

Центриолите са цилиндрични протеинови структури, разположени близо до ядрото на животинските клетки (растенията нямат центриоли, с изключение на нисшите водорасли). Центриолът е цилиндър, чиято странична повърхност е оформена от девет комплекта микротубули. Броят на микротубулите в комплект

варират за различните организми от 1 до 3.

Около центриолите е така нареченият център на организация на цитоскелета, областта, в която са групирани минусовите краища на микротубулите на клетката.

Преди да се раздели, клетката съдържа две центриоли, разположени под прав ъгъл една спрямо друга. По време на митозата те се отклоняват към различни краища на клетката, образувайки полюсите на вретеното на делене. След цитокинеза всяка дъщерна клетка получава един центриол, който се удвоява за следващото делене. Удвояването на центриолите става не чрез разделяне, а чрез синтеза на нова структура, перпендикулярна на съществуващата.

Митохондриите

Митохондриите - специални органели на клетката, чиято основна функция е синтезътАТФ - универсален носител на енергия. В митохондриите се извършва окисление на органични вещества, съчетано със синтеза

аденозин трифосфат (АТФ). Разграждането на АТФ с образуването на аденозин дифосфат (ADP) е придружено от освобождаване на енергия, която се изразходва за различни жизнени процеси, като синтеза на протеини и нуклеинови киселини, транспортирането на вещества в и извън клетката, предаването на нервни импулси или мускулна контракция.

Следователно митохондриите са енергийни станции, които преработват „гориво“ – мазнини и въглехидрати – във форма на енергия, която може да се използва от клетката и следователно от тялото като цяло.

клеткае най-малката и основна структурна единица на живите организми, способна на самообновяване, саморегулация и самовъзпроизвеждане.

Типични размери на клетката:бактериални клетки - от 0,1 до 15 микрона, клетки на други организми - от 1 до 100 микрона, понякога достигащи 1-10 mm; яйца на големи птици - до 10-20 cm, процеси на нервни клетки - до 1 m.

клетъчна формамного разнообразни: има сферични клетки (коки), верига (стрептококи), удължен (пръчици или бацили), извита (вибриони), усукана (спирила), многостранен, с моторни камшичета и др.

Видове клетки: прокариотни(без ядрени) и еукариотни (с формализирано ядро).

еукариотниклетките се подразделят допълнително на клетки животни, растения и гъби.

Структурна организация на еукариотната клетка

Протопласте цялото живо съдържание на клетката. Протопластът на всички еукариотни клетки се състои от цитоплазма (с всички органели) и ядро.

Цитоплазма- това е вътрешното съдържание на клетката, с изключение на ядрото, състоящо се от хиалоплазма, органели, потопени в нея и (в някои видове клетки) вътреклетъчни включвания (резервни хранителни вещества и / или крайни продукти на метаболизма).

Хиалоплазма- основната плазма, матрицата на цитоплазмата, основното вещество, което е вътрешната среда на клетката и е вискозен безцветен колоиден разтвор (съдържание на вода до 85%) от различни вещества: протеини (10%), захари, органични и неорганични киселини, аминокиселини, полизахариди, РНК, липиди, минерални соли и др.

■ Хиалоплазмата е среда за вътреклетъчни обменни реакции и връзка между клетъчните органели; той е способен на обратими преходи от зол към гел, съставът му определя буферните и осмотичните свойства на клетката. Цитоплазмата съдържа цитоскелет, състоящ се от микротубули и протеинови нишки, способни да се свиват.

■ Цитоскелетът определя формата на клетката и участва във вътрешноклетъчното движение на органелите и отделните вещества. Ядрото е най-големият органел на еукариотна клетка, съдържащ хромозоми, които съхраняват цялата наследствена информация (вижте по-долу за повече подробности).

Структурни компоненти на еукариотната клетка:

■ плазмалема (плазмена мембрана),
■ клетъчна стена (само в растителни и гъбични клетки),
■ биологични (елементарни) мембрани,
■ ядро,
■ ендоплазмен ретикулум (ендоплазмен ретикулум),
■ митохондрии,
■ Комплекс Голджи,
■ хлоропласти (само в растителни клетки),
■ лизозоми, s
■ рибозоми,
■ клетъчен център,
■ вакуоли (само в растителни и гъбични клетки),
■ микротубули,
■ реснички, флагели.

Структурните диаграми на животински и растителни клетки са дадени по-долу:

Биологични (елементарни) мембраниса активни молекулни комплекси, които разделят вътреклетъчните органели и клетки. Всички мембрани имат подобна структура.

Структура и състав на мембраните:дебелина 6-10 nm; се състои главно от протеини и фосфолипиди.

■Фосфолипидиобразуват двоен (бимолекулен) слой, в който молекулите им са обърнати с хидрофилните си (водоразтворими) краища навън, а хидрофобните (водонеразтворими) краища - навътре в мембраната.

■ протеинови молекулиразположени върху двете повърхности на липидния бислой периферни протеини), проникват и в двата слоя липидни молекули ( интегралнапротеини, повечето от които са ензими) или само един от техните слоеве (полуинтегрални протеини).

Свойства на мембраната: пластичност, асиметрия(съставът на външния и вътрешния слой както на липидите, така и на протеините е различен), полярност (външният слой е положително зареден, вътрешният е отрицателен), способност за самозатваряне, селективна пропускливост (в този случай хидрофобните вещества преминават през двойния липиден слой, а хидрофилните вещества преминават през порите в интегралните протеини).

Функции на мембраната:бариера (отделя съдържанието на органоида или клетката от околната среда), структурна (осигурява определена форма, размер и стабилност на органоида или клетката), транспортна (осигурява транспортирането на вещества в и извън органоида или клетката), каталитична (осигурява биохимични процеси в близост до мембраната), регулаторен ( участва в регулирането на метаболизма и енергията между органоида или клетката и външната среда), участва в преобразуването на енергията и поддържането на трансмембранния електрически потенциал.

Плазмена мембрана (плазмалема)

плазмената мембрана, или плазмалема, е биологична мембрана или комплекс от биологични мембрани, плътно прилежащи една към друга, покриващи клетката отвън.

Структурата, свойствата и функциите на плазмалемата са основно същите като тези на елементарните биологични мембрани.

❖ Характеристики на сградата:

■ външната повърхност на плазмалемата съдържа гликокаликс - полизахариден слой от гликолипоидни и гликопротеинови молекули, които служат като рецептори за "разпознаване" на определени химикали; в животинските клетки може да бъде покрит със слуз или хитин, а в растителните клетки - с целулозни или пектинови вещества;

■ Плазмалема обикновено образува израстъци, инвагинации, гънки, микровили и др., които увеличават повърхността на клетката.

■ Допълнителни функции:рецептор (участва в "разпознаването" на веществата и във възприемането на сигнали от околната среда и предаването им на клетката), осигурявайки комуникация между клетките в тъканите на многоклетъчен организъм, участвайки в изграждането на специални клетъчни структури (камшичета, реснички и др.).

Клетъчна стена (черупка)

клетъчна стена- Това е твърда структура, разположена извън плазмалемата и представляваща външната обвивка на клетката. Той присъства в прокариотни клетки и клетки на гъби и растения.

❖Състав на клетъчната стена:целулоза в растителните клетки и хитин в гъбичните клетки (структурни компоненти), протеини, пектини (които участват в образуването на плочи, които държат стените на две съседни клетки заедно), лигнин (който свързва целулозните влакна в много здрава рамка), суберин (отлага се върху черупката отвътре и я прави практически непропусклива за вода и разтвори) и др. Външната повърхност на клетъчната стена на епидермалните клетки на растенията съдържа голямо количество калциев карбонат и силициев диоксид (минерализация) и е покрита с хидрофобни вещества, восъци и кутикула (слой кутинова субстанция, пронизан от целулоза и пектини).

❖ Функции на клетъчната стена:служи като външна рамка, поддържа клетъчния тургор, изпълнява защитни и транспортни функции.

клетъчни органели

Органели (или органели)- Това са постоянни високоспециализирани вътреклетъчни структури, които имат определена структура и изпълняват съответните функции.

❖ С уговорка органелите се делят на:
■ органели с общо предназначение (митохондрии, комплекс на Голджи, ендоплазмен ретикулум, рибозоми, центриоли, лизозоми, пластиди) и
■ органели със специално предназначение (миофибрили, флагели, реснички, вакуоли).
❖ Чрез наличието на мембрана органелите се делят на:
■ двумембранни (митохондрии, пластиди, клетъчно ядро),
■ единична мембрана (ендоплазмен ретикулум, комплекс на Голджи, лизозоми, вакуоли) и
■ немембранни (рибозоми, клетъчен център).
Вътрешното съдържание на мембранните органели винаги се различава от заобикалящата ги хиалоплазма.

Митохондриите- двумембранни органели на еукариотни клетки, които извършват окислението на органични вещества до крайни продукти с освобождаване на енергия, съхранявана в молекулите на АТФ.

■ Структура:пръчковидни, сферични и нишковидни форми, дебелина 0,5-1 микрона, дължина 2-7 микрона; двумембранна, външната мембрана е гладка и има висока пропускливост, вътрешната мембрана образува гънки - кристи, върху които има сферични тела - АТФ-соми. В пространството между мембраните се натрупват водородни йони 11, участващи в дишането на кислород.

■ Вътрешно съдържание (матрица):рибозоми, кръгова ДНК, РНК, аминокиселини, протеини, ензими от цикъла на Кребс, ензими за тъканно дишане (разположени на кристи).

■ Функции:окисление на веществата до CO 2 и H 2 O; синтез на АТФ и специфични протеини; образуването на нови митохондрии в резултат на делене на две.

пластиди(наличен само в растителни клетки и автотрофни протисти).

■ Видове пластиди: хлоропласти (зелен) левкопласти (безцветна кръгла форма), хромопласти (жълто или оранжево); пластидите могат да се променят от един вид в друг.

■Структурата на хлоропластите:те са двумембранни, имат заоблена или овална форма, дължина 4-12 микрона, дебелина 1-4 микрона. Външната мембрана е гладка, вътрешната има тилакоиди - гънки, които образуват затворени дисковидни издатини, между които има строма (виж отдолу). Във висшите растения тилакоидите са подредени (като колона от монети) зърна които са свързани помежду си ламели (единични мембрани).

■ Състав на хлоропластите:в мембраните на тилакоидите и гран - зърна от хлорофил и други пигменти; вътрешно съдържание (строма): протеини, липиди, рибозоми, кръгова ДНК, РНК, ензими, участващи във фиксирането на CO 2, резервни вещества.

■Функции на пластидите:фотосинтеза (хлоропласти, съдържащи се в зелените органи на растенията), синтез на специфични протеини и натрупване на резервни хранителни вещества: нишесте, протеини, мазнини (левкопласти), придаващи цвят на растителните тъкани, за да привлекат насекоми опрашители и разпространители на плодове и семена (хромопласти).

Ендоплазмения ретикулум (EPS), или ендоплазменретикулум, открит във всички еукариотни клетки.

■Структура:е система от свързани помежду си тубули, тубули, цистерни и кухини с различни форми и размери, чиито стени са образувани от елементарни (единични) биологични мембрани. Има два вида EPS: гранулиран (или грапав), съдържащ рибозоми на повърхността на канали и кухини, и агрануларен (или гладък), несъдържащ рибозоми.

■Функции:разделяне на цитоплазмата на клетката на отделения, които предотвратяват смесването на протичащите в тях химични процеси; грубият ER натрупва, изолира за узряване и транспортира протеини, синтезирани от рибозоми на повърхността му, синтезира клетъчни мембрани; гладък EPSсинтезира и транспортира липиди, сложни въглехидрати и стероидни хормони, премахва токсичните вещества от клетката.

Комплекс (или апарат) на Голджи - мембранна органела на еукариотна клетка, разположена в близост до клетъчното ядро, която представлява система от резервоари и везикули и участва в натрупването, съхранението и транспортирането на вещества, изграждането на клетъчната мембрана и образуването на лизозоми.

■Структура:Комплексът е диктиозома, купчина ограничени от мембрана плоски дисковидни торбички (цистерни), от които пъпчат везикулите, и система от мембранни тубули, свързващи комплекса с канали и кухини на гладката ER.

■Функции:образуването на лизозоми, вакуоли, плазмалема и клетъчната стена на растителна клетка (след нейното делене), секрецията на редица сложни органични вещества (пектинови вещества, целулоза и др. в растенията; гликопротеини, гликолипиди, колаген, млечни протеини , жлъчка, редица хормони и др. при животни); натрупване и дехидратация на липиди, транспортирани по ER (от гладката ER), пречистване и натрупване на протеини (от гранулирани ER и свободни рибозоми на цитоплазмата) и въглехидрати и отстраняване на вещества от клетката.

Зрелите цистерни от диктиозоми се отделят от везикули (вакуоли на Голджи), изпълнен със секрет, който след това или се използва от самата клетка, или се изважда от нея.

❖ Лизозоми- клетъчни органели, които осигуряват разграждането на сложни молекули на органични вещества; се образуват от везикули, които се отделят от комплекса на Голджи или гладкия ER и присъстват във всички еукариотни клетки.

■ Структура и състав:лизозомите са малки едномембранни заоблени везикули с диаметър 0,2-2 микрона; изпълнен с хидролитични (храносмилателни) ензими (~40), способни да разграждат протеини (до аминокиселини), липиди (до глицерол и висши карбоксилни киселини), полизахариди (до монозахариди) и нуклеинови киселини (до нуклеотиди).

Сливайки се с ендоцитни везикули, лизозомите образуват храносмилателна вакуола (или вторична лизозома), където се разграждат сложни органични вещества; получените мономери навлизат в цитоплазмата на клетката през мембраната на вторичната лизозома, докато неразградените (нехидролизируеми) вещества остават във вторичната лизозома и след това, като правило, се екскретират извън клетката.

■ Функции: хетерофагия- разделяне на чужди вещества, влезли в клетката чрез ендоцитоза, аутофагия - разрушаване на ненужни за клетката структури; автолиза - самоунищожение на клетката, което възниква в резултат на освобождаване на съдържанието на лизозомите по време на клетъчна смърт или прераждане.

❖ Вакуоли- големи везикули или кухини в цитоплазмата, образувани в клетките на растения, гъби и много протистии ограничена от елементарна мембрана – тонопласт.

■ Вакуоли протистиподразделят се на храносмилателни и съкратителни (имащи снопове от еластични влакна в мембраните и служещи за осмотична регулация на водния баланс на клетката).

■Вакуоли растителни клеткиизпълнен с клетъчен сок – воден разтвор на различни органични и неорганични вещества. Те също могат да съдържат отровни и танини и крайни продукти от жизнената дейност на клетките.

■ Вакуолите на растителните клетки могат да се слеят в централна вакуола, която заема до 70-90% от обема на клетката и може да бъде проникната от нишки на цитоплазмата.

Функции:натрупване и изолиране на резервни вещества и вещества, предназначени за екскреция; поддържане на тургорно налягане; осигуряване на растеж на клетките поради разтягане; регулиране на водния баланс на клетката.

♦Рибозома- клетъчни органели, присъстващи във всички клетки (в количество от няколко десетки хиляди), разположени върху мембраните на гранулирания EPS, в митохондриите, хлоропластите, цитоплазмата и външната ядрена мембрана и извършващи протеинова биосинтеза; Рибозомните субединици се образуват в ядрото.

■ Структура и състав:рибозоми - най-малките (15-35 nm) немембранни гранули с кръгла и гъбеста форма; имат два активни центъра (аминоацил и пептидил); се състоят от две неравни субединици - голяма (под формата на полусфера с три издатини и канал), която съдържа три РНК молекули и протеин, и малка (съдържаща една РНК молекула и протеин); субединиците са свързани с Mg+ йон.

■ Функция:синтез на протеини от аминокиселини.

❖ Клетъчен център- органела на повечето животински клетки, някои гъби, водорасли, мъхове и папрати, разположена (в интерфаза) в центъра на клетката близо до ядрото и служеща като център за започване на сглобяването микротубули .

■ Структура:Клетъчният център се състои от две центриоли и центросфера. Всеки центриол (фиг. 1.12) има формата на цилиндър с дължина 0,3-0,5 микрона и диаметър 0,15 микрона, чиито стени са образувани от девет триплета микротубули, а средата е изпълнена с хомогенна субстанция. Центриолите са разположени перпендикулярно един на друг и са заобиколени от плътен слой цитоплазма с радиално разминаващи се микротубули, образуващи лъчиста центросфера. По време на клетъчното делене центриолите се отклоняват към полюсите.

■ Основни функции: образуване на полюси на клетъчно делене и ахроматични нишки на делителното вретено (или митотично вретено), което осигурява равномерно разпределение на генетичния материал между дъщерните клетки; в интерфазата насочва движението на органелите в цитоплазмата.

Цитоцилни клетки е система микрофиламенти и микротубули проникващи в цитоплазмата на клетката, свързани с външната цитоплазмена мембрана и ядрената мембрана и поддържащи формата на клетката.

■микропламък- тънки, способни да свиват нишки с дебелина 5-10 nm и състоящи се от протеини ( актин, миозин и т.н.). Те се намират в цитоплазмата на всички клетки и псевдоподите на подвижните клетки.

Функции:микропламъците осигуряват двигателната активност на хиалоплазмата, участват пряко в промяната на формата на клетката по време на разпространението и амебоидното движение на протистните клетки и участват в образуването на стесняване по време на деленето на животински клетки; един от основните елементи на цитоскелета на клетката.

■ микротубули- тънки кухи цилиндри (25 nm в диаметър), състоящи се от тубулинови протеинови молекули, подредени в спирални или прави редове в цитоплазмата на еукариотните клетки.

Функции:микротубулите образуват вретенообразни влакна, са част от центриоли, реснички, флагели, участват във вътреклетъчния транспорт; един от основните елементи на цитоскелета на клетката.

Органели на движението — камшичета и реснички , присъстват в много клетки, но са по-чести в едноклетъчните организми.

■ реснички- множество цитоплазмени къси (5-20 микрона дълги) израстъци на повърхността на плазмалемата. Те присъстват на повърхността на различни видове животински и някои растителни клетки.

■ Камшичета- единични цитоплазмени израстъци на клетъчната повърхност на много протисти, зооспори и сперматозоиди; ~10 пъти по-дълъг от ресничките; служат за транспортиране.

■ Структура:ресничките и камшичетата (фиг. 1.14) се състоят от тях микротубулиподредени в система 9 × 2 + 2 (девет двойни микротубули - дублети образуват стена, две единични микротубули са разположени в средата). Дублетите могат да се плъзгат един спрямо друг, което води до огъване на ресничките или флагела. В основата на флагелата и ресничките има базални тела, идентични по структура с центриолите.

■ Функции: ресничките и камшичетата осигуряват движението на самите клетки или на заобикалящата ги течност и суспендираните в нея частици.

Включвания

Включвания- непостоянни (временно съществуващи) компоненти на цитоплазмата на клетката, чието съдържание варира в зависимост от функционалното състояние на клетката. Има трофични, секреторни и екскреторни включвания.

■ Трофични включвания- това са запаси от хранителни вещества (мазнини, нишестени и протеинови зърна, гликоген).

■ Секреторни включвания- Това са отпадните продукти на жлезите с вътрешна и външна секреция (хормони, ензими).

■ екскреторни включванияса метаболитни продукти в клетката, които трябва да бъдат отстранени от клетката.

ядро и хромозоми

Ядро- най-големият органел е основен компонент на всички еукариотни клетки (с изключение на ситовидните тръбни клетки от флоема на висшите растения и зрелите еритроцити на бозайници). Повечето клетки имат едно ядро, но има двуядрени и многоядрени клетки. Има две състояния на ядрото: интерфазно и делящо се

Интерфазно ядровключва ядрена обвивка(отделяне на вътрешното съдържание на ядрото от цитоплазмата), ядрен матрикс (кариоплазма), хроматин и нуклеоли. Формата и размерите на ядрото зависят от вида на организма, вида, възрастта и функционалното състояние на клетката. Има високо съдържание на ДНК (15-30%) и РНК (12%).

■ Функции на ядрото:съхраняване и предаване на наследствена информация под формата на непроменена структура на ДНК; регулиране (чрез системата за протеинов синтез) на всички процеси на жизнената дейност на клетките.

❖ ядрена обвивка(или кариолема) се състои от външна и вътрешна биологични мембрани, между които е перинуклеарно пространство. На вътрешната мембрана има протеинова пластина, която придава форма на ядрото. Външната мембрана е свързана с ER и носи рибозоми. Мембраната е пронизана от ядрени пори, през които се осъществява обменът на вещества между ядрото и цитоплазмата. Броят на порите не е постоянен и зависи от размера на ядрото и неговата функционална активност.

■ Функции на ядрената обвивка:той разделя ядрото от цитоплазмата на клетката, регулира транспорта на вещества от ядрото към цитоплазмата (РНК, рибозомни субединици) и от цитоплазмата към ядрото (протеини, мазнини, въглехидрати, АТФ, вода, йони).

❖ Хромозома- най-важният органел на ядрото, съдържащ една ДНК молекула в комбинация със специфични протеини, хистони и някои други вещества, повечето от които са разположени на повърхността на хромозомата.

В зависимост от фазата на жизнения цикъл на клетката, хромозомите могат да бъдат включени две държави — деспирализирани и спирализирани.

» В деспирализирано състояние хромозомите са в периода интерфаза клетъчен цикъл, образувайки невидими в оптичен микроскоп нишки, които формират основата хроматин .

■ В процеса настъпва спирализация, придружена от скъсяване и уплътняване (с 100-500 пъти) на ДНК вериги клетъчно делене ; докато хромозомите придобиват компактна форма. и стават видими в оптичен микроскоп.

Хроматин- един от компонентите на ядрената материя през интерфазния период, който се основава на ненавити хромозоми под формата на мрежа от дълги тънки нишки на ДНК молекули в комбинация с хистони и други вещества (РНК, ДНК полимераза, липиди, минерали и др.); добре оцветени с багрила, използвани в хистологичната практика.

■ В хроматина участъци от молекулата на ДНК се увиват около хистони, образувайки нуклеозоми (приличат на мъниста).

хроматид- това е структурен елемент на хромозомата, който е нишка от ДНК молекула в комплекс с протеини, хистони и други вещества, многократно нагънати като суперспирала и опаковани под формата на пръчковидно тяло.

■ По време на спирализиране и опаковане отделните участъци от ДНК се напасват по правилен начин, така че редуващи се напречни ленти се образуват върху хроматидите.

❖ Структурата на хромозомата (фиг. 1.16). В спирализирано състояние хромозомата е пръчковидна структура с размер около 0,2–20 µm, състояща се от две хроматиди и разделена на две рамена чрез първично стесняване, наречено центромер. Хромозомите могат да имат вторично стесняване, което разделя регион, наречен сателит. Някои хромозоми имат регион ( нуклеоларен организатор ), който кодира структурата на рибозомната РНК (rRNA).

Типове хромозомив зависимост от формата им: равнораменни , несъответствие (Центромерата е изместена от средата на хромозомата) пръчковидна (центромерът е близо до края на хромозомата).

След анафазата на митозата и анафазата на мейозата II, хромозомите се състоят от един хромитид, а след репликация на ДНК (удвояване) на синтетичния (S) етап на интерфазата, те се състоят от две сестрински хромитиди, свързани помежду си в областта на центромера. По време на клетъчното делене микротубулите на вретено се прикрепят към центромера.

❖ Функции на хромозомите:
■ съдържат генетичен материал - ДНК молекули;
■ извършване ДНК синтез (с удвояване на хромозомите в S-периода на клетъчния цикъл) и i-RNA;
■ регулират протеиновия синтез;
■ контрол на клетъчната активност.

хомоложни хромозоми- хромозоми, принадлежащи към една и съща двойка, идентични по форма, размер, местоположение на центромерите, носещи едни и същи гени и определящи развитието на едни и същи черти. Хомоложните хромозоми могат да се различават по алелите на гените, които съдържат, и да обменят региони по време на мейоза (кросингоувър).

автозомихромозомите в клетките на двудомни организми, еднакви при мъжките и женските от един и същи вид (това са всички хромозоми на клетка с изключение на половите хромозоми).

полови хромозоми(или хетерохромозоми ) са хромозоми, които носят гени, които определят пола на живия организъм.

диплоиден набор(обозначено с 2p) - хромозомен набор соматични клетки, в които има всяка хромозома неговата сдвоена хомоложна хромозома . Организмът получава една от хромозомите на диплоидния набор от бащата, другата от майката.

■ Диплоиден комплект човек се състои от 46 хромозоми (от които 22 двойки хомоложни хромозоми и две полови хромозоми: жените имат две X хромозоми, мъжете имат по една X и една Y хромозома).

хаплоиден набор(обозначено с 1l) - единичен хромозомен набор сексуален клетки ( гамети ), в които хромозомите нямат сдвоени хомоложни хромозоми . Хаплоидният набор се формира по време на образуването на гамети в резултат на мейоза, когато само една от всяка двойка хомоложни хромозоми влиза в гаметата.

Кариотип- това е набор от постоянни количествени и качествени морфологични характеристики, характерни за хромозомите на соматичните клетки на организми от даден вид (техния брой, размер и форма), чрез които диплоиден набор от хромозоми може да бъде уникално идентифициран.

ядро- заоблени, силно уплътнени, неограничени

мембранно тяло с размер 1-2 микрона. Ядрото съдържа едно или повече нуклеоли. Ядрото се образува около нуклеоларните организатори на няколко хромозоми, привлечени една от друга. По време на ядреното делене нуклеолите се разрушават и се образуват отново в края на деленето.

■ Състав: протеин 70-80%, РНК 10-15%, ДНК 2-10%.
■ Функции: синтез на r-RNA и t-RNA; сглобяване на рибозомни субединици.

Кариоплазма (или нуклеоплазма, кариолимфа, ядрен сок ) е безструктурна маса, която запълва пространството между структурите на ядрото, в което са потопени хроматин, нуклеоли и различни вътрешноядрени гранули. Съдържа вода, нуклеотиди, аминокиселини, АТФ, РНК и ензимни протеини.

Функции:осигурява взаимовръзки на ядрени структури; участва в транспорта на вещества от ядрото към цитоплазмата и от цитоплазмата към ядрото; регулира синтеза на ДНК по време на репликация, синтеза на i-RNA по време на транскрипция.

Сравнителна характеристика на еукариотните клетки

Характеристики на структурата на прокариотните и еукариотните клетки

Транспорт на вещества

Транспорт на вещества- това е процесът на пренасяне на необходимите вещества в цялото тяло, в клетките, вътре в клетката и вътре в клетката, както и отстраняване на отпадъчните вещества от клетката и тялото.

Вътреклетъчният транспорт на веществата се осигурява от хиалоплазмата и (в еукариотните клетки) ендоплазмения ретикулум (ER), комплекса на Голджи и микротубулите. Транспортирането на вещества ще бъде описано по-късно на този сайт.

Методи за транспортиране на вещества през биологични мембрани:

■ пасивен транспорт (осмоза, дифузия, пасивна дифузия),
■ активен транспорт,
■ ендоцитоза,
■ екзоцитоза.

Пасивен транспортне изисква енергия и се случва по градиента концентрация, плътност или електрохимичен потенциал.

Осмоза- това е проникването на вода (или друг разтворител) през полупропусклива мембрана от по-малко концентриран разтвор към по-концентриран.

дифузия- проникване вещества през мембраната по градиента концентрация (от зона с по-висока концентрация на вещество към област с по-ниска концентрация).

дифузиявода и йони се извършва с участието на интегрални мембранни протеини с пори (канали), дифузията на мастноразтворими вещества се осъществява с участието на липидната фаза на мембраната.

Улеснена дифузияпрез мембраната става с помощта на специални мембранни носители протеини, вижте снимката.

активен транспортизисква изразходване на енергия, освободена по време на разграждането на АТФ, и служи за транспортиране на вещества (йони, монозахариди, аминокиселини, нуклеотиди) срещу градиент тяхната концентрация или електрохимичен потенциал. Осъществява се от специализирани протеини-носители пермиази имащи йонни канали и образуващи йонни помпи .

Ендоцитоза- улавяне и обвиване от клетъчната мембрана на макромолекули (протеини, нуклеинови киселини и др.) И микроскопични твърди частици храна ( фагоцитоза ) или капчици течност с разтворени в нея вещества ( пиноцитоза ) и ги затваря в мембранна вакуола, която се изтегля „в клетката. След това вакуолата се слива с лизозомата, чиито ензими разграждат молекулите на уловената субстанция до мономери.

Екзоцитозае обратният процес на ендоцитозата. Чрез екзоцитоза клетката отстранява вътреклетъчни продукти или несмлени остатъци, затворени във вакуоли или везикули.