Эндоплазматический ретикулум (ЭР)

Одним из самых важных открытий, сделанных с помощью электронного микроскопа, было обнаружение сложной системы мембран, пронизывающей цитоплазму всех эукариотических клеток. Эта сеть мембран, получившая название Эндоплазматический ретикулум, очень хорошо развита в клетке, но лежит за пределами разрешающей способности светового микроскопа. Состоит из множества мелких мембранных мешочков (везикул), покрытых снаружи рибосомами. На ультратонких срезах ЭР имеет вид множества парных параллельных линий (мембран), располагающихся в цитоплазме. ЭР имеет пластинчатое строение. ЭР состоит из уплощенных мембранных мешочков, называемых цистернами. Цистерны ЭР могут быть покрыты рибосомами, и тогда он называется шероховатым ЭР. Функции шероховатого эндоплазматического ретикулума связаны с транспортом белков, синтезируемых рибосомами на его поверхности.

Если рибосомы отсутствуют, то его называют гладким ЭР (строение ближе к трубчатому).

Одной из главных функций гладкого ЭР является синтез липидов. Так, в эпителии кишечника гладкий ЭР синтезирует липиды из жирных кислот и глицерола, всасывающихся в кишечнике, а затем передает их в аппарат Гольджи для экспорта. Стероиды-это один из классов липидов, поэтому гладкий ЭР обильно представлен в тех клетках, которые секре-тируют стероидные гормоны, например в клетках коры надпочечников или в интерстициальных клетках семенников. В печени как шероховатый, так и гладкий ЭР участвуют в процессах детоксикации. В мышечных клетках присутствует особая, специализированная форма гладкого ЭР-так называемый саркоплазматический ретикулум.

Рибосомы-это очень мелкие органеллы (диаметром около 20 нм). Число рибосом в цитоплазме живых клеток весьма велико как у прокариот, так и у эукариот. В обычной бактериальной клетке содержится, например, до 10000 рибосом, а в эукариотических клетках число их в несколько раз больше. Рибосомы служат местом белкового синтеза.

Рибосомы состоят из примерно равных (по массе) количеств РНК и белка (т.е. представляют собой рибонуклеопротеиновые частицы). Входящая в их состав РНК, называемая рибосомной РНК (рРНК синтезируется в ядрышке). Вместе те и другие образуют сложную трехмерную структуру, обладающую способностью к самосборке.

Каждая рибосома состоит из двух субчастиц -большой и малой. Опыты по седиментации выявили существование двух главных типов рибосом, которые были названы 70S- и 80S-рибосомами. 70S-рибосомы обнаруживаются у прокариот, а несколько более крупные 80S-рибосо-мы-в цитоплазме эукариотических клеток. Интересно отметить, что в хлоропластах и митохондриях содержатся 708-рибосомы, что указывает на какое-то родство этих эукариотических органелл с прокариотами.

В эукариотических клетках отчетливо видны две популяции рибосом-свободные рибосомы и рибосомы, присоединенные к ЭР.Строение тех и других идентично, но часть рибосоу связана с ЭР через белки, которые они синтезируют.Такие белки обычно секретируются. Примером белка, синтезируемого свободными рибосомами, может служить гемоглобин, образующийся в молодых-эритроцитах

В процессе синтеза белка рибосома перемещается вдоль нитевидной молекулы мРНК. Процесс идет более эффективно, когда вдоль мРНК перемещается не одна рибосома, а одновременно много рибосом-напоминающих в этом случае бусины на нитке Такие цепи рибосом называются полирибосомами или полисомами. На ЭР полисомы обнаруживаются в виде характерных завитков.

Аппарат Гольджи содержится почти во всех эукариотических клетках и представляет собой стопку уплощенных мембранных мешочков, так называемых цистерн, и связанную с ними систему пузырьков, называемых пузырьками Гольджи. Трехмерную структуру аппарата Гольджи трудно выявить при изучении ультратонких срезов, однако наблюдения с применением негативного окрашивания позволяют предположить, что вокруг центральной стопки формируется сложная система взаимосвязанных трубочек.

На одном конце стопки постоянно образуются новые цистерны путем слияния пузырьков, отпочковывающихся, вероятно, от гладкого ЭР. Эта “наружная”, или формирующая, сторона стопки выпуклая, тогда как другая, “внутренняя”, где завершается созревание и где цистерны вновь распадаются на пузырьки, имеет вогнутую форму. Стопка состоит из многих цистерн, которые постепенно перемещаются от наружной стороны к внутренней.

Функции Аппарата Гольджи:

. Транспорт веществ и химическая модификация поступающих в него клеточных продуктов. Функция эта особенно важна и заметна в секреторных клетках.

. Участвует иногда и в секреции углеводов, например при синтезе материала клеточных стенок у растений.Его активность усиливается в области “клеточной пластинки”, т. е. в той области, где после деления ядра (митоза или мейоза) между двумя только что образовавшимися дочерними ядрами закладывается новая клеточная стенка.

.Иногда аппарат Гольджи принимает участие и в транспорте липидов. При переваривании липиды расщепляются и всасываются в тонком кишечнике в виде жирных кислот и глицерола. Затем в гладком ЭР липиды ресинтезируются. Они покрываются белковой оболочкой и через аппарат Гольджи транспортируются к плазматической мембране, где им предстоит покинуть клетку. Пройдя через плазматическую мембрану, они поступают преимущественно в лимфатическую систему.

. В нем формируются лизосомы

Лизосомы обнаруживаются у большинства эукариотических клеток, но особенно много их в тех животных клетках, которые обладают способностью к фагоцитозу. Они представляют собой простые мембранные мешочки (стенка мешочка состоит из одинарной мембраны), наполненные гидролитическими (пищеварительными) ферментами. Содержимое лизосом имеет кислую реакцию, и для лизосомных ферментов характерен низкий оптимум рН. Эти ферменты должны быть изолированы от всех остальных клеточных компонентов и структур, иначе они их разрушат. В животных клетках лизосомы обычно имеют округлую форму и диаметр от 0, 2 до 0, 5 мкм. Заключенные в лизосомах ферменты синтезируются на шероховатом ЭР и транспортируются к аппарату Гольджи. Позже от него отпочковываются пузырьки Гольджи, содержащие ферменты, подвергшиеся необходимым превращениям. Такие пузырьки называются первичными лизосомами.

Они выполняют ряд функций, связанных главным образом с внутриклеточным перевариванием, но иногда и с секрецией пищеварительных ферментов. Автофагией называется процесс, посредством которого клетка уничтожает ненужные ей структуры. Сначала эти структуры окружаются одинарной мембраной, отделяющейся обычно от гладкого эндоплазматического ретикулума, а затем такой мембранный мешочек с заключенной в нем структурой сливается с первичной лизосомой, в результате чего образуется вторичная лизосома, или автофагическая вакуоль, в которой структура переваривается.

Автолиз - это саморазрушение клетки, наступающее в результате высвобождения содержимого ее лизосом. Именно в связи с этим лизосомы названы “орудиями самоубийства”. Этот процесс может распространяться и на всю ткань, как это, например, имеет место при резорбции хвоста головастика во время метаморфоза. Автолиз наступает также после гибели клетки. Иногда он является следствием некоторых лизосомных болезней или результатом повреждения клетки.

Пероксисомы, или микротельца, входят в число обычных органелл эукариотических клеток. Эти органеллы имеют округлые очертания и окружены одинарной мембраной; диаметр их равен 0, 3-1, 5 мкм. В содержимом пероксисом отчетливо видно кристаллическое ядро. Это - кристаллический белок(фермент). Пероксисомы ведут свое происхождение от эндоплазматического ретикулума, с которым они нередко сохраняют тесную связь.

Функция:

Отличительная особенность пероксисом состоит в том, что они содержат фермент каталазу, катализирующий разложение пероксида водорода на воду и кислород. Пероксид водорода представляет собой побочный продукт некоторых окислительных процессов, протекающих в клетке. Он очень токсичен и поэтому должен удаляться немедленно. Каталаза - самый быстродействующий фермент. Клетки печени очень богаты пероксисомами. Пероксисомы животных клеток принимают участие в ряде метаболических процессов, связанных с окислением.

С появлением электронного микроскопа быстро выяснилось, что цитоплазма клетки организована гораздо сложнее, чем предполагалось ранее, и что между органеллами, окруженными мембраной, и мелкими органеллами вроде рибосом и центриолей существует четкое разделение труда. Позже удалось выявить и еще более тонкую структуру в матриксе цитоплазмы, который до того представлялся совсем бесструктурным. Здесь была обнаружена сложная сеть фибрилл. Среди них можно было различить по меньшей мере три типа: микротрубочки, микрофиламенты и промежуточные филаменты. Их функции связаны с движением клеток или с внутриклеточным движением, а также со способностью клеток поддерживать свою форму.

Почти во всех эукариотических клетках содержатся полые цилиндрические неразветвленные органеллы, называемые микротрубочками. Это очень тонкие трубочки диаметром приблизительно 24 нм; их стенки построены из спирально упакованных глобулярных субъединиц белка тубулина. Растут микротрубочки с одного конца путем добавления тубулиновых субъединиц. Этот рост прекращается под влиянием некоторых химических веществ. В животных клетках ту же функцию выполняют центриоли, в связи с чем их иногда называют центрами организации микротрубочек. Центриоли содержат короткие микротрубочки.

Микротрубочки принимают участие в различных внутриклеточных процессах.

Центриоли - это мелкие полые цилиндры (длиной 0, 3-0, 5 мкм и около 0, 2 мкм в диаметре), встречающиеся почти во всех животных клетках и клетках низших растений; они располагаются парами в характерно окрашиваемой области цитоплазмы. Каждая центриоль построена из девяти триплетов микротрубочек.

Функции центриоли и микротрубочек:

.Микротрубочки регулируют расхождение хроматид или хромосом. В клетках высших растений центриоли отсутствуют, хотя веретено в них при делении ядра образуется.

.Центр организации микротрубочек.

.Микротрубочки участвуют в перемещении других клеточных органелл, например пузырьков Гольджи, которые с их помощью направляются к формирующейся клеточной пластинке. Перемещения приостанавливаются, если повреждена система микротрубочек.

.Микротрубочки выполняют в клетках еще и пассивную структурную роль: эти длинные трубчатые, достаточно жесткие структуры образуют опорную систему клетки, своего рода цитоскелет. Нередко они располагаются в зоне, непосредственно примыкающей к плазматической мембране. Отмечено, что животные клетки, в которых система микротрубочек повреждена, принимают сферическую форму. В растительных клетках расположение микротрубочек соответствует расположению целлюлозных волокон, отлагающихся при построении клеточной стенки.

Микрофиламентами называются очень тонкие белковые нити диаметром 5-7 нм. Эти нити, присутствующие в эукариотических клетках в большом количестве, состоят из белка актина, близкого к тому, который содержится в мышцах. Актиновый цитоскелет сходен с цитоскелетом из микротрубочек.

Нередко микрофиламенты образуют сплетения или пучки непосредственно под плазматической мембраной, а также на поверхности раздела между подвижной и неподвижной цитоплазмой.

Функции:

.Микрофиламенты участвуют в эндоцитозе и экзоцитозе.

.Роль микрофиламентов в клетке связана с движением (либо всей клетки в целом, либо отдельных ее структур внутри нее).

. При цитотомии животных клеток они формируют сократительное кольцо.

Промежуточные филаменты

Третью группу структур составляют, как указывалось выше, промежуточные филаменты (8-10 нм в диаметре). Эти филаменты тоже играют роль в движении и участвуют в образовании цитоскелета.

Микроворсинки - одна из наиболее хорошо изученных сократительных систем. Микроворсинками называются пальцевидные выросты плазматической мембраны некоторых животных клеток. Микроворсинки увеличивают площадь всасывающей поверхности, поэтому они особенно многочисленны на поверхности клеток всасывающего типа, а именно в эпителии тонкого кишечника.

В каждой микроворсинке содержатся пучки актиновых нитей, связанных с миозиновыми нитями в основании этой микроворсинки. Микроворсинки способны сокращаться. Это происходит в результате скользящего движения актиновых нитей вдоль миозиновых, т.е. при помощи механизма, напоминающего мышечное сокращение. Попеременное укорачивание и удлинение микроворсинок способствуют всасыванию.

В растительных клетках микроворсинки отсутствуют: жесткие стенки этих клеток не позволяют плазматической мембране образовывать выросты.

Митохондрии содержатся во всех аэробных эукариотических клетках.

Число митохондрий больше в тех клетках, в которых потребность в энергии велика.

Разнообразны по форме: спиральные, округлые, вытянутые.

Расположены в периферических участках цитоплазмы.

В клетках зеленых растений число митохондрий меньше, чем в клетках животных, т. к. часть их функций могут выполнять хлоропласты.

Строение:

Окружена двумя мембранами. Внутренняя мембрана заключает в себе матрикс и образует гребневидные складки( кристы), их функция- увеличение поверхности внутренней мембраны митохондрии.

Функция митохондрии:

Синтез АТФ, происходящий в результате процессов окисления органических веществ.

В клетках высших растений встречаются все органеллы, обнаруживаемые в животных клетках, за исключением центриолей. В них имеются, однако, и свои особые структуры:

5Клеточные стенки

6Плазмодесмы

7Вакуоли

8Пластиды

Растительные клетки, подобно клеткам прокариот и грибов, заключены в сравнительно жесткую клеточную стенку и являются внеклеточным многослойным образованием. Материал для построения этой клеточной стенки секретирует сама заключенная в ней живая клетка. Строение клеточной стенки

9Аморфного пластичного гелеобразного матрикса( основы).

Опорной фибриллярной системы: целлюлозы, гемицеллюлозы, микрофибриллы.

Основные функции клеточных стенок растений:

. Обеспечивают отдельным клеткам и растению в целом механическую прочность и опору. В некоторых тканях прочность усиливается благодаря интенсивной лигнификации клеточных стенок.

. Относительная жесткость клеточных стенок и сопротивление растяжению обусловливают тургесцентность клеток, когда в них осмотическим путем поступает вода. Это усиливает опорную функцию во всех растениях и служит единственным источником опоры для травянистых растений и для таких органов, как листья, т. е. там, где отсутствует вторичный рост. 3. Ограничивает и регулирует рост и форму клеток. 4. Система связанных друг с другом клеточных стенок( при помощи плзмодесм) служит главным путем, по которому передвигаются вода и минеральные вещества.. 5. Наружные клеточные стенки клеток покрываются особой пленкой-кутикулой, состоящей из воскообразного вещества кутина, что снижает потери воды и уменьшает риск проникновения в растение болезнетворных организмов. 6. Транспорт веществ по растению.

. У некоторых клеток их видоизмененные стенки хранят запасы питательных веществ;.

Плазмодесмы - это живые связи, соединяющие соседние клетки растения через очень мелкие поры в смежных клеточных стенках. В стенках имеются небольшие поры, сквозь которые проходят цитоплазматические тяжи, называемые плазмодесмами. Плазмодесмы связывают живое содержимое отдельных клеток - объединяют все протопласты в единую систему.

Иногда плазмодесмы располагаются группами; такие участки клеточной стенки носят название “первичные поровые поля

Вакуоль представляет собой наполненный жидкостью мембранный мешок, стенка которого состоит из одинарной мембраны. Растительные клетки имеют одну большую центральную вакуоль. Ее окружает мембрана, которая носит название тонопласта. Жидкость, заполняющая центральную вакуоль, называется клеточным соком. Это концентрированный раствор, содержащий минеральные соли, сахара, органические кислоты, кислород, диоксид угдерода, пигменты и некоторые отходы жизнедеятельности или “вторичные” продукты метаболизма.

Функции, выполняемые вакуолями:

.Осмотическое поглощение воды. Вода обычно поступает в концентрированный клеточный сок путем осмоса через избирательно проницаемый тонопласт. В результате в клетке развивается тургорное давление и цитоплазма прижимается к клеточной стенке. Осмотическое поглощение воды играет важную роль при растяжении клеток во время их роста.

. Иногда в вакуоле присутствуют в растворе пигменты, называемые антоцианами. В эту группу входят антоцианины, имеющие красную, синюю или пурпурную окраску, и некоторые родственные соединения, окрашенные в желтый или кремовый цвет. Именно эти пигменты главным образом и определяют окраску цветков (например, у роз, фиалок и георгинов), а также окраску плодов, почек и листьев. 3. В вакуолях содержатся иногда гидролитические ферменты, и тогда при жизни клетки вакуоли действуют как лизосомы. 4. В вакуолях растения могут накапливаться отходы жизнедеятельности и некоторые вторичные продукты его метаболизма.

. Некоторые из компонентов клеточного сока играют роль запасных

питательных веществ, при необходимости используемых цитоплазмой.

10Пластиды-это органеллы, свойственные одним только растительным клеткам; у высших растений они образуются из пропластид - мелких телец, обнаруживаемых в меристематических зонах растения. Пластиды окружены двойной мембраной (оболочкой). Из пропластид - в зависимости от их местонахождения в растении - могут образоваться разные типы пластид. Существуют разные классификации пластид:

11Хлоропласты

12Хромопласты

Лейкопласты

Хлоропласты- Это пластиды, содержащие хлорофилл и каротиноиды и осуществляющие фотосинтез. Хлоропласты находятся главным образом в листьях.

Хромопласты- Хромопластами называют нефотосинтезирующие окрашенные пластиды, содержащие главным образом красные, оранжевые и желтые пигменты (каротиноиды). Больше всего хромопластов в плодах (например, томата и красного перца) и в цветках, где их яркая окраска служит для привлечения насекомых, птиц и других животных, при посредстве которых совершается опыление растений и распространение семян..

Лейкопласты- Это бесцветные пластиды, не содержащие пигментов. Они приспособлены для хранения запасов питательных веществ, и потому их особенно много в запасающих органах-корнях, семенах и молодых листьях.

Бактериальная клетка содержит только одну молекулу ДНК, прикрепленную к клеточной мембране.

Перед делением клетки бактериальная клетка реплицируется, образуя две идентичные молекулы ДНК, каждая из которых тоже прикреплена к клеточной мембране. Когда клетка делится, клеточная мембрана врастает между этими двумя молекулами ДНК, так что в конечном счете в каждой дочерней клетке оказывается по одной молекуле ДНК.

Для клеток эукариот проблема деления оказывается более сложной, поскольку хромосом у них много и они не идентичны. Соответственно более сложным является и процесс деления, который должен гарантировать, что каждая дочерняя клетка получит полный набор хромосом. Этот процесс называется митозом.

Митоз- это деление ядра, приводящее к образованию двух дочерних ядер, в каждом из которых имеется точно такой же набор хромосом, что и в родительском ядре.

Митоз представляет собой цепь событий, для того, чтобы удобнее было его описывать, биологи делят этот процесс на четыре стадии в зависимости от того, как выглядят в это время хромосомы.

Это период между делениями клетки, в котором происходит удвоение хромосом. Хромосомы распределены по всему ядру в виде рыхлой массы.

Ядро и ядрышко отчетливо видны.

Стадия, на которой появляются первые указания на то, что ядро собирается приступить к митозу. Вместо рыхлой ДНК и белка становятся ясно видны нитевидные удвоившиеся хромосомы. По большей части в профазе ядрышко и ядерная мембрана исчезают и появляется сеть микротрубочек.

Стадия подготовки к делению. Для нее характерно завершение образования митотического веретена, т. е. каркаса из микротрубочек. Каждая удвоившаяся хромосома прикрепляется к микротрубочке и направляется к середине веретена

Стадия, на которой центромеры делятся и из каждой удвоившейся хромосомы образуются две отдельные, идентичные хромосомы. Разделившись, эти идентичные хромосомы движутся к противоположным концам ( полюсам) митотического веретена. В конце анафазы у каждого полюса находится полный набор хромосом.

Последняя стадия митоза. Хромосомы начинают раскручиваться, снова превращаясь в рыхлую массу ДНК и белка. Вокруг каждого набора хромосом вновь появляется ядерная мембрана.

Телофаза обычно сопровождается делением цитоплазмы, в результате чего образуются две клетки, каждая с одним ядром.

В животных клетках клеточная мембрана пережимается посередине и в конце концов разрывается в этой точке, так что получаются две отдельные клетки.

У растений в цитоплазме посередине клетки возникает перегородка, а затем каждая дочерняя клетка строит возле нее со своей стороны клеточную стенку.

⇐ Предыдущая12345

Поделиться: