Особенности строения прокариотической клетки
Прокариоты –одноклеточные доядерные организмы. Наследственный аппарат представлен одной молекулой ДНК кольцевой формы. ДНК вместе с белками формирует в бактериальной клетке особый комплекс – нуклеоид. Прокариоты являются гаплоидами. Молекулярная масса ДНК соответствует приблизительно 2000 структурных генов. Клетка ограничена двойной плазматической мембраной (наружной и внутренней). Поверх мембраны образуется клеточная стенка. Она состоит из углевода муреина, образующего жесткую решетку. В цитоплазме отсутствуют органеллы мембранного строения. Их функцию выполняют впячивания внутренней мембраны – мезосомы. В цитоплазме имеются рибосомы. Бактерии могут содержаться мелкие молекулы ДНК (плазмиды). Фотосинтезирующие бактерии имеют фотомембраны. Запасные питательные вещества представлены углеводами.
Структурные компоненты клеток эукариот: плазматическая мембрана, цитоплазма, ядро. Их строение. Классификация органоидов и включений.
Эукариотические клетки имеют обособленное ядро, наружную биологическую мембрану – плазмолемму и цитоплазму с органеллами и включениями.
Плазмолемма отделяет содержимое клетки от внешней среды и регулирует движение ионов и макромолекул в клетку и из нее. Плазмолемма имеет жидкостно-мозаичное строение (модель Сингера). Она состоит из двойного фосфолипидного слоя, белков и полисахаридов. Молекулы фосфолипидов представлены неполярными гидрофобными концами и полярными гидрофильными головками, обращенными к внешней среде. Белки расположены мозаично: поверхностные, погруженные и пронизывающие.
На поверхности мембраны находятся олигосахаридные цепи, состоящие из моносахаридных остатков. Их функции:
- распознавание внешних сигналов;
- контакт клеток и образование тканей;
- иммунный ответ.
Клетки растений имеют целлюлозную, а грибов – хитиновую оболочки поверх плазмолеммы. На наружной поверхности плазмолеммы животных клеток находится полисахаридный слой – гликокаликс.
Химический состав клеточной мембраны следующий:
1) белки – 55% (из них до 200 ферментов);
2) липиды – 35%;
3) углеводы – 5-10% (в соединении с простыми или сложными белками).
Функции липидов мембран: структурная, барьерная.
Функции белков мембран: структурная, ферментативная, рецепторная, транспортная.
Функция гликопротеидов – рецепторная.
Свойства мембран: пластичность, полупроницаемость, динамичность.
Функции мембран:
1) структурная (входят в состав большинства органоидов);
2) барьерная (поддерживает постоянство химического состава) и защитная;
3) регуляторная (регуляция обменных процессов);
4) рецепторная;
5) транспортная.
Через плазмолемму осуществляется транспорт веществ в клетку. Транспорт бывает пассивный и активный.
1. Пассивный транспорт происходит без затрат энергии, по градиенту концентрации. Это может быть: диффузия газов, осмотическое движение воды, облегченная диффузия веществ (аминокислот, сахаров, жирных кислот) посредством белков-переносчиков.
2. Активный транспорт идет против градиента концентрации, с затратой энергии. Для него необходимо наличие специальных ионных каналов, ферментов и АТФ. Так работает натрий-калиевый насос. Концентрация калия в клетке выше, чем в околоклеточном пространстве, и, тем не менее, ионы калия поступают в клетку, а ионы натрия выводятся наружу. Ионы натрия формируют на поверхности мембраны положительный заряд, внутри клетки заряд отрицательный по отношению к среде. На каждые 2 поступающие иона К+ из клетки выводится 3 иона Na+. Заряд на мембране обеспечивает передачу нервного импульса, всасывание питательных веществ ворсинками кишечника, адсорбцию в почечных канальцах.
Mg2+/Ca2+ насос обеспечивает мышечные сокращения.
Крупномолекулярные соединения белков,нуклеиновых кислот, полисахаридов проникают внутрь клетки путем эндоцитоза. Различают два вида эндоцитоза: фагоцитоз и пиноцитоз. Фагоцитоз – захватывание мембранной твердых частиц. При этом внутри клетки при участии лизосом образуется пищеварительная вакуоль. Пиноцитоз – поступление жидкостей в клетку.
Выделение из клетки веществ, заключенных в мембрану, называется экзоцитозом.
Поступившие в клетку вещества могут использоваться:
1) для синтеза веществ, необходимых самой клетке (анаболическая система);
2) как источник энергии (катаболическая система).
Цитоплазма – живое содержимое клетки без ядра. В цитоплазме различают гиалоплазму, органеллы и включения.
Гиалоплазма является основным веществом клетки, с которым связаны коллоидные свойства цитоплазмы, ее вязкость, эластичность, сократимость и внутреннее движение. Гиалоплазма состоит из двух фаз: жидкой и твердой. Жидкая фаза представлена коллоидным раствором белков, углеводов, нуклеотидов и ионов неорганических веществ. Твердая фаза представлена микротрабекулярной системой, микротрубочками и микрофиламентами (фибриллы), которые образуют цитоскелет клетки.
Органеллы – это специализированные постоянные компоненты цитоплазмы, обладающие определенным строением и выполняющие ту или иную функцию в жизнедеятельности клетки. Органеллы подразделяют на две группы: общего и специального назначения.
1. Органеллы общего назначения (встречаются во всех видах клеток):
а) мембранного строения (митохондрии, пластиды, комплекс Гольджи, эндоплазматический ретикулум, лизосомы, вакуоли);
б) немембранного строения (рибосомы, клеточный центр).
2. Органеллы специального назначения (характерны для определенного типа клеток): миофибриллы, тонофибриллы, нейрофибриллы, реснички, жгутики и микроворсинки.
Цитоплазматические включения – это непостоянные структуры в цитоплазме, представляющие собой продукты жизнедеятельности клеток. По своему биологическому значению включения могут быть условно разделены на основные группы: трофические, секреторные, специального назначения, экскреторные, пигментные.
Ядро (nucleus, karion) –это постоянный структурный компонент всех клеток эукариот. Оболочка интерфазного ядра состоит из двух элементарных мембран (наружной и внутренней), пространство между которыми называется перинуклеарным. Мембраны имеют поры, через которые идет обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Наружная ядерная мембрана переходит в стенки каналов гранулярной эндоплазматической сети, на которой расположены рибосомы.
Нуклеоплазма –однородная масса, заполняющая пространство между структурами ядра. Она содержит белки, нуклеотиды, АТФ и различные виды РНК, а так же хроматин и ядрышки.
Хроматин – комплекс ДНК и гистоновых белков (дезоксирибонуклеопротеид) в отношении 1: 1,3. Выявляется в интерфазном ядре. В процессе митоза спирализованный хроматин образует хромосомы.
Ядрышко – состоит из белков (80%), РНК (до 15%), ДНК (до 12%). Образуется в ядрышковом организаторе на хромосоме. Обеспечивает синтез р-РНК и образование субъединиц рибосом.
Функции ядра: хранение и передача генетической информации, регуляция процессов жизнедеятельности клетки.