Клетка организма

1
2

Клетка – элементарная единица всего живого, поэтому ей присущи свойства живых организмов: высокоупорядоченное строение, обмен веществ, раздражимость, рост, развитие, размножение, регенерация и другие свойства. В процессе эволюции живых существ, сначала появились доклеточные формы (вирусы и т.п), а потом клеточные (одноклеточные и многоклеточные). В следующим этапе некоторые клетки начали объединяться в ткани, органы и исполнять определенные функции. Позже клетки начали складываться в целые системы и в организмы.

Состав клетки:

Цитоплазма: имеет гиалоплазму (матрикс цитоплазмы); органели и включения (временные образования, что есть продуктом деятельности клетки). Цитоплазма ограничена от внешней среды – наружно клеточной мембраной. Гиалоплазма – внутреняя среда клетки, где происходит реакции  промежуточного обмена. Это самая редкая часть цитоплазмы,  в которой есть органоиды и включения. Цитоплазма имеет цитозоль (вода с растворенными в ней органическими и неорганическими веществами) и цитоматрикс (сетка микрофибрил белковой природы) – они делятся на органоиды общего и специального  назначения. К органоидам общего назначения относиться: митохондрии, рибосомы, эндоплазматическая сетка, комплекс Гольджы, лизосомы, пероксисомы, клеточный центр. Органоиды специального предназначения  есть только в некоторых клетках, они предоставляют исполнения их специальных функций. К ним относиться жгутики, реснички, нейрофибриллы, микрофибриллы. В состав многих органоидов входит элементарная биологическая мембрана, поэтому их делят на мембранные и немембранные. К мембранным относятся: митохондрии, эндоплазматическая сетка, комплекс Гольджы, лизосомы, пероксисомы. К немембраным относятся: рибосомы, клеточный центр, реснички, микроворсинки, жгутики. Органоиды, которые видны под светловым микроскопом называют – микроскопическими, а органоиды, которые можно увидеть только под електроным микроскопом называют – субмикроскопическими.

 

Эндоплазматическая сеть (Эндоплазматический ретикулум)  система мелких вакуолей и канальцев, соединенных друг с другом и отграниченных от цитозоля одной мембраной. Мембрана ЭПР имеет многочисленные складки, изгибы и образует одну непрерывную поверхность, которая окружает единую замкнутую полость — полость ЭПР. Мембрана ЭПР переходить во внешнюю ядерную мембрану, составляя с ней одно целое. Различают шероховатый (гранулярный) и гладкий (агранулярный) ЭПР.

Шероховатый ЭПР покрыт рибосомами, расположенный на возвращенном к цитоплазме стороне мембраны. Его основная функция — участие в синтезе белка. Кроме этого, шероховатый ЭПР необходим для транспорта макромолекул в разные участки клетки (лизосомы, аппарат Гольджи), синтеза структурных компонентов клеточных мембран. Шероховатый ЭПР развит в специализированных клетках, секретирующих белки (клетки поджелудочной железы, клетки, продуцирующие антитела) или интенсивно образуют мембраны (палочки сетчатки глаза).

Гладкая ЭПР можно рассматривать как свободную от рибосомы участок шероховатого ЭПР. Он участвует в заключительных этапах синтеза липидов и некоторых внутриклеточных полисахаридов. Гладкий ЭПР преобладает над жестким в гепатоцитах, клетках коры надпочечников. Он хорошо развит в поперечно-исполосованных мышечных волокнах, поскольку способен поглощать ионы кальция из цитозоля, что приводит к расслаблению миофибрилл при каждом мышечного сокращения.

Аппарат Гольджи (АГ) — это группа мембранных мешочков — цистерн, связанных с системой пузырьков (пузырьков Гольджи), локализованных у клеточного ядра. Основная функция АГ — транспорт веществ и химические превращения клетки полимеров. Особенно развит АГ в секреторных клетках, например в гепатоцитах. С ЭПР в АГ транспортируют вещества, предназначенные для секреции. Здесь они модифицируются и выводятся с пузырьками Гольджи путем экзоцитоза. Иногда АГ участвует в транспорте липидов. Во время пищеварения липиды расщепляются на глицерин и жирные кислоты, которые всасываются в тонком кишечнике. После этого в гладком ЭПР клеток стенки кишечника липиды ресинтезируються из их предшественников. Далее они покрываются белковой оболочкой и через АГ покидают клетку. Помимо транспорта, аппарат Гольджи выполняет следующие функции: 1) синтез гликопротеинов, 2) депонирования веществ и их перераспределение между различными участками клетки; 3) формирование лизосом, в которых неактивны пищеварительные ферменты превращаются в активные.

Лизосомы  округлые одномембранни пузырьки, наполненные пищеварительными ферментами, которые осуществляют расщепление белков, углеводов, нуклеиновых кислот, липидов на аминокислоты, моносахариды, нуклеотиды, глицерин и жирные кислоты. На сегодняшнее время известно около 40 лизосомальных ферментов. При нормальных условиях мембрана лизосом непроницаема для них, но конечные продукты расщепления макромолекул легко выходят наружу. До сих пор не выяснено, какие факторы предотвращают самопереваренню мембраны лизосом. В некоторых генетических дефектов лизосомальные мембраны все-таки подвергается воздействию собственных ферментов. При этом расположенная рядом с лизосомами зона клетки становится объектом ферментативной атаки, в результате которой клетка очень повреждается или гибнет. Лизосомальные ферменты синтезируются на шершавом ЭПР и транспортируются его каналами к АГ. Позже АГ отделяются пузырьки, которые превращаются в лизосомы. Такие первичные лизосомы сливаются с вакуолями, образовавшихся в процессе ендокитозу. При этом ферменты переваривают содержание вакуоли, а непереваренные остатки выводятся путем экзоцитоз. У некоторых организмов неутелизированые отходы могут не выводиться из клетки, а собираться в остаточных тельцах — особом виде клеточных включений.

Рибосомы органеллы, обеспечивающие синтез белка. Рибосомы состоят из двух субъединиц: большой и малой. Каждая субъединица представляет собой сложный комплекс из многих белков и молекул рибосомной РНК (рРНК). Сбор субъединиц с образованием функционально активной рибосомы происходит при взаимодействии с молекулой и-РНК. После этого начинается синтез белка — трансляция. В цитоплазме клетки рибосомы могут располагаться свободно или быть прикрепленными к внешней поверхности мембраны шероховатого ЭПР (Эндоплазматический ретикулум). Они могут объединяться в комплексы — полирибосомы (полисомы). Кроме цитоплазмы, рибосомы содержат в хлоропластидах и митохондриях.

Митохондрии — органеллы, основная функция которых заключается в обеспечении клетки энергией. Форма и размеры митохондрии очень разнообразны, они определяются типом метаболизма и функциональными особенностями клетки. Количество митохондрий в клетке от одного до десятков тысяч. Митохондрия состоит из внешней и внутренней мембраны, между которыми межмембранное пространство, и внутреннее содержимое — митохондриальный матрикс. Внешняя мембрана митохондрий гладкая. Она имеет высокую проницаемость для многих молекул, содержащихся в цитозоле, поэтому по химическому составу межмембранное пространство практически не отличается от цитоплазматического.

Внутренняя мембрана митохондрий образует многочисленные складки, или углубления — кристы, которые значительно увеличивают площадь ее поверхности. Мембрана непроницаема для белков, полисахаридов и многих ионов. Во внутреннюю мембрану встроены ферменты дыхательной цепи, обеспечивающих синтез АТФ. Здесь также содержатся белки, отвечающие за транспорт до матрикса молекул пировиноградной кислоты. Матрикс является коллоидной системой, в которой содержатся: 1) кольцевые молекулы ДНК (митохондриальный ген) и ферментные системы, обеспечивающие их репликацию и транскрипцию, 2) различные виды РНК (т-РНК, и-РНК), 3) метаболические ферменты. ДНК митохондрий замкнута в кольцо и представленав каждой митохондрии несколькими копиями. Большинство белков обеспечивающих функцию митохондрий кодируются ядерной ДНК и доставляются в матрикс с цитоплазмой. Митохондрии хорошо развиты в клетках, деятельность которых связана с потреблением большого количества энергии. Так в миоцитах (клетках мышц), они образуют трехмерные сетки, расположенные по периферии миофибрилл.

Центросома (клеточный центр) – определяет ориентацию веретен деления и расхождения хромосом к полюсам клетки во время митоза или мейоза. Кроме того, он участвует в формировании органоидов движения — жгутиков и ресничек. Обычно клеточный центр находится вблизи ядра. Он состоит из двух расположенных под прямым углом друг к другу — центриолей. Каждая центриоль — это цилиндр длиной 0,3 мкм и диаметром 0,1 мкм, стенка которого образована девятью группами белковых микротрубочек. Центриоли окружены аморфным пространством (облаком) из белков, углеводов и небольшого количества липидов, играет важную роль в прикреплении ниточек веретена деления. Важной особенностью центриолей является их способность к автономному размножению, которое не зависит от деления клетки. Большинство клеток растений не содержит центриолей, и трубочек веретена деления крепятся к мембран ЭПР.

Ядро – часть эукариотических клеток, несет наследственную информацию, заложенную в молекуле ДНК. Воспроизведение и считывания этой информации осуществляется с помощью специфическими ядерных ферментов. Некоторые клетки эукариот (эритроциты млекопитающих, клетки ситоподобних трубок растений) не содержат ядра. Однако показано, что потеря ядра вторичная и направленана обеспечение выполнения клеткой определенных функций. Жидкое содержимое ядра (ядерный сок, или нуклеоплазма) отделен от цитозоля ядерной оболочкой. Ядерная оболочка образована двумя мембранами — внешней и внутренней — и пронизана ядерными порами. Внешняя мембрана с одной стороны переходит в мембраны ЭПР, а с другой — во внутреннюю мембрану. Через ядерные поры происходит обмен различными органическими молекулами и надмолекулярных комплексов между нуклеоплазмой и цитозолем. В нуклеоплазме содержатся: 1) хроматин — молекулы ДНК, связанные с белками-гистонами, 2) одно или несколько ядрышек — кругловатых структур, в которых происходит синтез р-РНК, ее упаковка и начальные этапы сбора рибосомных субъединиц, 3) ферментные системы, обеспечивают репликацию, транскрипцию и репарацию ДНК.

Функции клетки:

 Митоз — способ деления клеток, при котором клетки, образующиеся идентичные по генотипу и является точной копией материнской клетки. Митоз происходит в несколько стадий (фаз), которые непрерывно переходят друг в друга.

Профаза. Клетка вступает в профазу — первую фазу миотического деления. В этот период центриолей клеточного центра расходятся к противоположным полюсам клетки. Оболочка ядра постепенно розпадаеться на маленькие мембранные пузырьки; аналогичные изменения происходят с аппаратом Гольджи и эндоплазматическим ретикулом. В хромосомах наблюдается конденсация хроматин. процессы транскрипции полностью прекращаются и образования необходимых клетке белков может осуществляться только за счет ранее синтезированных молекул и-РНК.

Метафаза.В метафазе конденсация хроматина максимальна. Образуются так называемые метафазные хромосомы, которые хорошо видны в световой микроскоп. Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид, которые образуют плечо хромосомы, центромеры и конечных участков телометров. Положение центромеры и длина плеч различны в разных хромосом, являясь надежным критерием для их идентификации. Во время метафазы хромосомы выстраиваются на экваторе клетки. Формируется веретено деления — белковые нити (микротрубочки), тянущиеся от центриолей к центромере. хромосом. При этом к каждой центромеры может прикрепляться несколько ниточек.

Анафаза. В анафазе двойные хромосомы разрываются веретеном деления, и сестринские хроматиды отходят к противоположным полюсам клетки. При этом они ориентированы центромерами к соответствующему полюсу, а теломерами — к экватору клетки.

Телофаза. В телофазе вокруг хромосом начинает формироваться ядерная оболочка, появляются ядерные поры, восстанавливается четность центриолей, цитоплазма и органеллы равномерно распределяются между полюсами клетки. Хромосомы постепенно деспирализируються, начинается формироваться ядрышки. Далее идет процесс деления цитоплазмы с образованием двух дочерних клеток — цитокинез. У животных цитокинез начинается с образования небольшой складки (плазмалемме) — борозды деления. Постепенно эта складка все глубже заходит в цитоплазму, формируя так называемое сократительное кольцо, состоящее из белковых нитей. Наконец цитоплазма полностью разделяется с образованием двух дочерних клеток, в каждой из которых содержится диплоидный набор хромосом и примерно одинаковое количество органелл.

Мейоз — способ деления клеток, при котором происходит уменьшение (редукция) числа хромосом и переход клетки из диплоидного состояния в гаплоидный. Мейоз включает два деления — редукционный (первый) и еквацыонний (второй). Каждый из них делится на ряд стадий (фаз): профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Эти стадии первого деления обозначаются римской цифрой I, другой — цифрой – II.

Профаза I. Наблюдается попарное сближение удвоенных гомологичных и спирализованих хромосом (образование бивалентов). Происходит кросинговер — слияние и обмен гомологичными участками. Разрушается ядерная оболочка, расходятся центриоли.

Метафаза I. Биваленты гомологичных хромосом располагаются на экваторе клетки, нити веретена деления прикрепляются к центромерам.

АнафазаI. К полюсам клетки расходятся удвоенные хромосомы — по одной хромосоме из каждого бивалентах. Происходит двукратное уменьшение (редукция) числа хромосом и их случайное перераспределение в будущих гаметах.

Телофаза I. Образуются дочерние клетки уже с гаплоидним набором хромосом. Каждая хромосома состоит из двух сестринських хроматид идентичных друг другу. После первого редукционного деления мейоза клетки вступают в короткую интерфазу II, которая не сопровождается удвоением ДНК. Затем начинается второй раздел — еквацыонний. В анафазеII в дочерние хроматиды расходятся к протевоположным полюсам клетки, а в телофазе II с двух клеток, возникших при редукционного деления, образуются четыре клетки, которые несут гаплоидный набор хромосом. Мейоз осуществляется при образовании половых клеток у животных и спор многих растений.

История: Современник великого Ньютона и его соотечественник физик Р. Гук интересовался оптикой. В то время только появился микроскоп. Ученый решил рассмотреть под микроскопом тонкие срезы различных растений. Первый взгляд открыл ему мир, о котором никто не знал. Во всех препаратах встречались ажурные структуры, которые поражали своей красотой. Оторваться от находки Гук не мог. Один опыт следовал за другим. В 1665 г. Гук представил в Лондонское королевское общество книгу под названием: ,, Микрография, или некоторые физиологические описания мельчайших тел с помощью увеличивая стекла «. В ней Гук впервые применил научный термин — клетка. Он писал: « Острым ножом я отрезал тонкий-тонкий кусочек пробки, и, положив его на черную пластину, так как он сам был белый, а также осветив его с помощью плоско-выпуклой стекла, я очень легко заметил, что он все перфорированный и пористый, похожий на пчелиные соты. Эти поры или клетки были не очень глубоки, но состояли из большого количества маленьких отделов, отделенных диафрагмами.

После открытия Гука многие ученые продолжили изучение клеток. Но прошло почти два столетия, пока они смогли убедиться, что клетка — главная часть живых организмов, что все живое на Земле, от сложных животных к растениям состоит из клеток. Первые микроскопы концентрировали внимание только на оболочку клеток, потому что микроскопы в то время давали малое увеличение, это и не давало возможности рассматривать более мелкие части клетки.  Только в 1833 г. английский ботаник Р. Броун открыл в клетках ядра. Броун в то время интересовался строением и развитием диких растений – таких как тропические орхидеи. Он делал срезы этих растений и исследовал их с помощью микроскопа. Броун впервые заметил в центре клеток какие-то странные, никем  не объяснены сферические структуры, он назвал эту клеточную структуру ядром. Через пять лет после открытия ядра появился термин, который уделил последний состав клетки, — протоплазма (сейчас называют цитоплазмой).

В последующие годы ученые исследовали роль протоплазмы в живой клетке и за это они получили большое признание во всем мире ( хотя окончательная роль протоплазму и всех ее частей стала ясна только сейчас). В это время немецкий ботаник М. Шлейден установил, что растения имеют клеточное строение (в этом ему помогло  открытие Броуна). Дело в том, что оболочки клеток, особенно молодых, видны в микроскоп плохо, другое дело — ядра. Легче увидеть ядро, а потом уже оболочку клетки. Этим и воспользовался Шлейден, он начал методично просматривать срезы за срезами, искать ядра, затем оболочки, повторять все снова и снова на срезах различных органов и частей растений. После почти пяти лет методических поисков Шлейден закончил свою работу, он доказал, что все органы растений имеют клеточную природу. Шлейден объяснил свою теорию для растений, но оставались еще животные. Каково их строение? Можно ли говорить про единственный для всего живого закона клеточного строения? Вместе с изучением клеточного строения животных тканей были работы, в которых велись резкие споры. Делая срезы костей, зубов и других животных тканей, ученые никаких клеток не видели. Возникал вопрос: « Были ли они там раньше?»

На эти вопросы дал ответ другой немецкий ученый — Т. Шванн, сделавший клеточную теорию строение животных тканей. Натолкнул Шванна не это открытие Шлейден, он дал в руки Шванна добрый компас – «ядро». Шванн в своей работе применял тот же метод — сначала искать ядра клеток, затем их оболочки. Всего за год — Шванн закончил свою титаническую работу и уже 1839 опубликовал своих результатов. После этого факт  строение всех живых организмов из клеток стал очевидным.

Следующие опыты показали, что можно найти организмы, состоящие из огромного количества клеток также организмы, которые состоящие из малого количества клеток, и такие все тело которых составляет одна клетка. Бесклеточных организмов в природе не существует. Потом было установлено, что каждая клетка создается путем деления предыдущей. В 1855 г. немецкий ученый Р.Вирхов сформулировал правило в афоризме, ставшем знаменитым на весь мир: «Каждая клетка — только из клетки».

1 КОММЕНТАРИЙ

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here