Строение эукариотической клетки

В основе структурной организации клетки лежит мембранный принцип строения. Это означает, что клетка в основном построена из мембран, которые имеют сходное строение.

Важнейшим компонентом всех клеток является цитоплазматическая мембрана. Представления о ее структуре совершенствовались по мере развития микроскопической техники.

Первоначальные представления о структуре мембран укладываются в так называемую "бутербродную модель". Основу мембраны, согласно этой модели, составляет двойной слой липидов, окруженный белком.

Современные представления о структуре мембраны укладываются в мозаичную модель. Основу мембраны составляет двойной слой липидов, в который встроены белки. Белки по положению могут быть поверхностными (1), интегральными (2) и полуинтегральными (3).

Рисунок 3 – Структура мембраны (мозаичная модель): 1 – белки; 2 – липиды, образующие бислой; 3 – углеводы

Функции белков в мембране:

Функции мембраны:

Рисунок 4 – Фагоцитоз и пиноцитоз как функции мембраны

Содержимое клетки представлено цитоплазмой, которая содержит разнообразные органоиды.

Органоиды (органеллы) – постоянные жизненно важные составляющие части цитоплазмы клетки. Кроме органоидов, в цитоплазме находятся включения, которые являются непостоянными компонентами клетки.

Самым крупным органоидом клетки является ядро, впервые описанное Р. Броуном в 1831 г.

Количество ядер в клетке: чаще одно, реже два или больше.

Форма ядра: зачастую повторяет форму клетки: в округлых клетках и ядро круглое, в цилиндрических – овальное. Иногда ядро имеет сложную форму (например, лопастное ядро лейкоцитов).

Компоненты ядра: ядерная мембрана, ядерный сок (кариоплазма или нуклеоплазма), хроматин, ядрышки (рис. 5).

Рисунок 5 – Структура ядра: 1 – ядрышко;2 – ДНК

Ядерная мембрана двойная, наружная переходит в мембраны эндоплазматической сети (ЭПС), ядерная мембрана пронизана порами, через которые могут проходить достаточно крупные молекулы (белки, РНК).

Функции ядерной мембраны:

Ядерный сок (кариоплазма, нуклеоплазма) – полужидкое содержимое ядра, которое включает разнообразные органические и неорганические вещества.

Функция ядерного сока:

Хроматин – наследственный материал клетки, состоящий из ДНК и белка. В промежутках между делениями клетки имеет вид гранул, зерен, нитей. Во время деления клетки структурируется и приобретает вид отдельных компактных телец – хромосом (рис. 6). В хромосомах различают плечи и первичную перетяжку, к которой во время метафазы прикрепляются нити веретена деления. Хромосома состоит из спирально закрученных нитей ДНК в комплексе с белками-гистонами. В зависимости от расположения первичной перетяжки различают равноплечие, неравноплечие и одноплечие хромосомы. Набор хромосом, который характеризуется определенным числом хромосом, их формой и размерами, свойственный организмам одного вида, называется кариотипом.

Рисунок 6 – Структура хромосом: 1 – ДНК; 2 – центромера; 3 – хроматиды; 4 – короткое плечо; 5 – длинное плечо

Функция хромосом (хроматина):

Ядрышко – компактная структура ядра, образованная вокруг участка хромосомы, в котором закодирована структура рРНК. Этот участок (ген) хромосомы носит название ядрышкового организатора. Ядрышек может быть одно или несколько.

Функция ядрышка:

Остальные органоиды клетки можно разделить на органоиды мембранного и немембранного строения.

Органоиды мембранного строения

Митохондрии представляют собой округлые или овальные тельца, образованные двойной мембраной (рис. 7). Наружная мембрана гладкая, внутренняя имеет складки или кристы. Внутреннее содержимое митохондрии называется матриксом. Он представляет собой полужидкое вещество, содержащее органические и неорганические компоненты. Кроме того, в матриксе находятся рибосомы и кольцевая молекула ДНК. Таким образом, митохондрии имеют собственную наследственную информацию и структуры для синтеза собственных белков. Это определяет их автономность.

Рисунок 7 – Строение митохондрии: 1 – наружная мембрана, 2 – внутренняя мембрана, 3 – кристы, 4 – ДНК, 5 – матрикс

Функция митохондрий:

Пластиды – типичные органоиды растительных клеток. Они подразделяются на три группы:

Хлоропласты имеют вид округлых телец, образованных двумя мембранами (рис. 8). Наружная мембрана гладкая, внутренняя имеет складки, между которыми располагаются уплощенные мембранные мешочки – тилакоиды. Стопки тилакоидов называются гранами. В мембраны тилакоидов встроены молекулы фотосинтезирующего пигмента хлорофилла. Внутреннее содержимое хлоропластов называется строма или матрикс. Строма содержит кольцевую молекулу ДНК и рибосомы. Таким образом, хлоропласты так же, как и митохондрии, обладают автономностью и способны синтезировать свой собственный белок.

Рисунок 8 – Структура хлоропласта: 1 – наружная и внутренняя мембраны; 2 – тилакоид граны; 3 – тилакоид стромы; 4 – грана; 5 – строма

Функция хлоропластов:

Хромопласты содержат пигменты из группы каротиноидов, которые имеют красную, оранжевую или желтую окраску. Эти пластиды присутствуют в окрашенных частях растения (цветках, листьях и др.). Осенью хлоропласты листьев превращаются в хромопласты, т.к. хлорофилл разрушается, а каротиноиды сохраняются, чем объясняется яркая окраска осенних листьев.

Функция хромопластов:

Лейкопласты не содержат пигментов. В их строме находятся запасные питательные вещества. Лейкопласты находятся в запасающей паренхиме корней, стеблей, луковиц, корнеплодов, корневищ и т.д.

Функция лейкопластов:

Разные типы пластид могут переходить друг в друга. Например, лейкопласты в хлоропласты, а хлоропласты – в хромопласты.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) – органоид, присутствующий и в растительных и в животных клетках. Представляет собой систему канальцев и полостей, пронизывающих цитоплазму клетки. Состоит из одинарной мембраны, которая является продолжением наружной ядерной мембраны.

Различают гладкую (агранулярную) и шероховатую (гранулярную) ЭПС. Мембраны шероховатой ЭПС несут рибосомы, а гладкой – нет.

Таблица 4 – Эндоплазматическая сеть

Шероховатая ЭПС Гладкая ЭПС
Несет рибосомы Не имеет рибосом
Транспортирует вещества Транспортирует вещества
Участвует в синтезе белка: первичная структура белка, синтезированного на рибосомах, трансформируется в его высшие конформации Участвует в синтезе липидов и углеводов
Преобладает в животных клетках Преобладает в растительных клетках

Комплекс (аппарат) Гольджи представляет собой систему уплощенных мембранных цистерн и пузырьков, располагается обычно вблизи ядра (рис. 9).

Рисунок 9 – Структура комплекса Гольджи: 1 – отшнуровавшиеся пузырьки; 2 – цистерны

Функции комплекса Гольджи:

Лизосомы – органоиды округлой формы, состоящие из одинарной мембраны и заполненные гидролитическими ферментами. Внутренняя среда лизосом имеет кислую реакцию.

Функции лизосом:

Вакуоли – также являются органоидами мембранного строения, наиболее типичные для растительных клеток. Растительные вакуоли имеют довольно крупные размеры, занимают центральное положение в клетке, заполнены клеточным соком, их мембрана называется тонопластом. Клеточный сок содержит различные вещества: сахара, органические кислоты, пигменты, а также продукты распада.

Функции растительных вакуолей:

Вакуоли животных клеток мелкие и выполняют специальные функции:

Органоиды немембранного строения

К органоидам немембранного строения относятся рибосомы и клеточный центр.

Рибосомы – белковые тельца, состоящие из двух субъединиц – большой и малой. В их состав входят рРНК и белок, количество которых примерно равно. Рибосомы могут располагаться свободно в цитоплазме или объединяться с мембранами ЭПС (шероховатая ЭПС). Кроме того, рибосомы содержатся в матриксе митохондрий и хлоропластов.

Рисунок 10 – Строение рибосомы: 1 – большая субъединица; 2 – малая субъединица

Функция рибосом:

Клеточный центр – органоид, состоящий из двух центриолей, расположенных перпендикулярно друг к другу. Центриоли имеют вид цилиндра, стенка которого образована девятью триплетами микротрубочек.

Рисунок 11 – Структура клеточного центра: центриоли (1,2) – компоненты клеточного центра, каждая состоит из 9 триплетов микротрубочек (3)

Функция клеточного центра:

Цитоскелет – структура, присущая всем эукариотическим клеткам. Он представлен микротрубочками и белковыми волокнами. Элементы цитоскелета тесно связаны с цитоплазматической мембраной и ядерной мембраной, образуют сложные переплетения в цитоплазме. Опорные элементы цитоскелета определяют форму клетки, обеспечивают движение внутриклеточных структур и перемещение всей клетки.

Считают, что появление цитоскелета – один из крупнейших ароморфозов в эволюции органического мира, который привел к возникновению эукариотической клетки.

Органоиды передвижения

Органоиды передвижения – реснички и жгутики имеют сходное строение. Эти органоиды представляют собой выросты цитоплазмы, внутри которых имеется каркас из микротрубочек: пара микротрубочек находится в центре, а 9 пар – на периферии. В основании реснички или жгутика в цитоплазме имеется базальное тельце.

Таблица 5 – Различия ресничек и жгутиков

Характеристика Реснички Жгутики
Длина Короткие Длинные
Количество Много Несколько
Расположение По всей поверхности клетки На одном конце клетки
Характер движения Гребущее синхронное Винтообразное
Примеры клеток Одноклеточные организмы – инфузории; клетки ресничного эпителия Одноклеточные организмы – жгутиковые; сперматозоиды.

Функции ресничек:

Функции жгутиков: