Различия раст животн и бактериальных клеток. Животная и растительная клетки

На заре развития жизни на Земле все клеточные формы были представлены бактериями. Они всасывали органические вещества, растворённые в первичном океане, через поверхность тела.

Со временем некоторые бактерии приспособились производить органические вещества из неорганических. Для этого они использовали энергию солнечного света. Возникла первая экологическая система, в которой эти организмы были производителями. В результате этого в атмосфере Земли появился кислород, выделяемый этими организмами. С его помощью можно из той же самой пищи получить гораздо больше энергии, а добавочную энергию использовать на усложнение строения тела: разделение тела на части.

Одно из важных достижений жизни — разделение ядра и цитоплазмы. В ядре находится наследственная информация. Специальная мембрана вокруг ядра позволила защитить от случайных повреждений. По мере необходимости цитоплазма получает из ядра команды, направляющие жизнедеятельность и развитие клетки.

Организмы, у которых ядро отделено от цитоплазмы, образовали надцарство ядерных (к ним относятся — растения, грибы, животные).

Таким образом, клетка — основа организации растений и животных — возникла и развилась в ходе биологической эволюции.

Даже не вооружённым глазом, а ещё лучше под лупой можно видеть, что мякоть зрелого арбуза состоит из очень мелких крупинок, или зёрнышек. Это клетки — мельчайшие «кирпичики», из которых состоят тела всех живых организмов, в том числе и растительных.

Жизнь растения осуществляется соединённой деятельностью его клеток, создающих единое целое. При многоклеточности частей растения существует физиологическое разграничение их функций, специализация различных клеток в зависимости от местоположения их в теле растения.

Растительная клетка отличается от животной тем, что имеет плотную оболочку, покрывающую внутреннее содержимое со всех сторон. Клетка не является плоской (как её принято изображать), она скорей всего похожа на очень маленький пузырёк, наполненный слизистым содержимым.

Строение и функции растительной клетки

Рассмотрим клетку как структурно-функциональную единицу организма. Снаружи клетка покрыта плотной клеточной стенкой, в которой имеются более тонкие участки — поры. Под ней находится очень тонкая плёнка — мембрана, покрывающая содержимое клетки — цитоплазму. В цитоплазме есть полости — вакуоли, заполненные клеточным соком. В центре клетки или около клеточной стенки расположено плотное тельце — ядро с ядрышком. От цитоплазмы ядро отделено ядерной оболочкой. По всей цитоплазме распределены мелкие тельца — пластиды.

Строение растительной клетки

Строение и функции органоидов растительной клетки

Органоид	Рисунок	Описание	Функция	Особенности
Клеточная стенка или плазматическая мембрана		Бесцветная, прозрачная и очень прочная	Пропускает в клетку и выпускает из клетки вещества.	Клеточная мембрана полупроницаемая
Цитоплазма		Густое тягучее вещество	В ней располагаются все другие части клетки	Находится в постоянном движении
Ядро (важная часть клетки)		Округлое или овальное	Обеспечивает передачу наследственных свойств дочерним клеткам при делении	Центральная часть клетки
		Сферической или неправильной формы	Принимает участие в синтезе белка
		Резервуар, отделённый от цитоплазмы мембраной. Содержит клеточный сок	Накапливаются запасные питательные вещества и продукты жизнедеятельности ненужные клетке.	По мере роста клетки мелкие вакуоли сливаются в одну большую (центральную) вакуоль
Пластиды		Хлоропласты	Используют световую энергию солнца и создают органические из неорганических	Форма дисков, отграниченных от цитоплазмы двойной мембраной
		Хромопласты	Образуются в результате накопления каротиноидов	Жёлтые, оранжевые или бурые
		Лейкопласты	Бесцветные пластиды
Ядерная оболочка		Состоит из двух мембран (наружная и внутренняя) с порами	Отграничивает ядро от цитоплазмы	Даёт возможность осуществляться обмену между ядром и цитоплазмой

Живая часть клетки — это ограниченная мембраной, упорядоченная, структурированная система биополимеров и внутренних мембранных структур, участвующих в совокупности метаболических и энергетических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом.

Важной особенностью является то, что в клетке нет открытых мембран со свободными концами. Клеточные мембраны всегда ограничивают полости или участки, закрывая их со всех сторон.

Современная обобщенная схема растительной клетки

Плазмалемма (наружная клеточная мембрана) — ультрамикроскопическая плёнка толщиной 7,5 нм., состоящая из белков, фосфолипидов и воды. Это очень эластичная плёнка, хорошо смачивающаяся водой и быстро восстанавливающая целостность после повреждения. Имеет универсальное строение, т.е.типичное для всех биологических мембран. У растительных клеток снаружи от клеточной мембраны находится прочная, создающая внешнюю опору и поддерживающая форму клетки клеточная стенка. Она состоит из клетчатки (целлюлозы) — нерастворимого в воде полисахарида.

Плазмодесмы растительной клетки, представляют собой субмикроскопические канальцы, пронизывающие оболочки и выстланные плазматической мембраной, которая таким образом переходит из одной клетки в другую, не прерываясь. С их помощью происходит межклеточная циркуляция растворов, содержащих органические питательные вещества. По ним же идёт передача биопотенциалов и другой информации.

Порами называют отверстия во вторичной оболочке, где клетки разделяют лишь первичная оболочка и срединная пластинка. Участки первичной оболочки и срединную пластинку, разделяющие соседствующие поры смежных клеток, называют поровой мембраной или замыкающей пленкой поры. Замыкающую пленку поры пронизывают плазмодесменные канальцы, но сквозного отверстия в порах обычно не образуется. Поры облегчают транспорт воды и растворенных веществ от клетки к клетке. В стенках соседних клеток, как правило, одна против другой, образуются поры.

Клеточная оболочка имеет хорошо выраженную, относительно толстую оболочку полисахаридной природы. Оболочка растительной клетки продукт деятельности цитоплазмы. В её образовании активное участие принимает аппарат Гольджи и эндоплазматическая сеть.

Строение клеточной мембраны

Основу цитоплазмы составляет ее матрикс, или гиалоплазма, — сложная бесцветная, оптически прозрачная коллоидная система, способная к обратимым переходам из золя в гель. Важнейшая роль гиалоплазмы заключается в объединении всех клеточных структур в единую систему и обеспечении взаимодействия между ними в процессах клеточного метаболизма.

Гиалоплазма (или матрикс цитоплазмы) составляет внутреннюю среду клетки. Состоит из воды и различных биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов), из которых основную часть составляют белки различной химической и функциональной специфичности. В гиалоплазме содержатся также аминокислоты, моносахара, нуклеотиды и другие низкомолекулярные вещества.

Биополимеры образуют с водой коллоидную среду, которая в зависимости от условий может быть плотной (в форме геля) или более жидкой (в форме золя), как во всей цитоплазме, так и в отдельных ее участках. В гиалоплазме локализуются и взаимодействуют между собой и средой гиалоплазмы различные органеллы и включения. При этом расположение их чаще всего специфично для определенных типов клеток. Через билипидную мембрану гиалоплазма взаимодействует с внеклеточной средой. Следовательно, гиалоплазма является динамической средой и играет важную роль в функционировании отдельных органелл и жизнедеятельности клеток в целом.

Цитоплазматические образования – органеллы

Органеллы (органоиды) — структурные компоненты цитоплазмы. Они имеют определённую форму и размеры, являются обязательными цитоплазматическими структурами клетки. При их отсутствии или повреждении клетка обычно теряет способность к дальнейшему существованию. Многие из органоидов способны к делению и самовоспроизведению. Размеры их настолько малы, что их можно видеть только в электронный микроскоп.

Ядро

Ядро — самая заметная и обычно самая крупная органелла клетки. Оно впервые было подробно исследовано Робертом Броуном в 1831 году. Ядро обеспечивает важнейшие метаболические и генетические функции клетки. По форме оно достаточно изменчиво: может быть шаровидным, овальным, лопастным, линзовидным.

Ядро играет значительную роль в жизни клетки. Клетка, из которой удалили ядро, не выделяет более оболочку, перестаёт расти и синтезировать вещества. В ней усиливаются продукты распада и разрушения, вследствие этого она быстро погибает. Образование нового ядра из цитоплазмы не происходит. Новые ядра образуются только делением или дроблением старого.

Внутреннее содержимое ядра составляет кариолимфа (ядерный сок), заполняющая пространство между структурами ядра. В нём находится одно или несколько ядрышек, а также значительное количество молекул ДНК, соединённых со специфическими белками — гистонами.

Строение ядра

Ядрышко

Ядрышко — как и цитоплазма, содержит преимущественно РНК и специфические белки. Важнейшая его функция заключается в том, что в нём происходит формирование рибосом, которые осуществляют синтез белков в клетке.

Аппарат Гольджи

Аппарат Гольджи — органоид, имеющий универсальное распространение во всех разновидностях эукариотических клеток. Представляет собой многоярусную систему плоских мембранных мешочков, которые по периферии утолщаются и образуют пузырчатые отростки. Он чаще всего расположен вблизи ядра.

Аппарат Гольджи

В состав аппарата Гольджи обязательно входит система мелких пузырьков (везикул), которые отшнуровываются от утолщённых цистерн (диски) и располагаются по периферии этой структуры. Эти пузырьки играют роль внутриклеточной транспортной системы специфических секторных гранул, могут служить источником клеточных лизосом.

Функции аппарата Гольджи состоят также в накоплении, сепарации и выделении за пределы клетки с помощью пузырьков продуктов внутриклеточного синтеза, продуктов распада, токсических веществ. Продукты синтетической деятельности клетки, а также различные вещества, поступающие в клетку из окружающей среды по каналам эндоплазматической сети, транспортируются к аппарату Гольджи, накапливаются в этом органоиде, а затем в виде капелек или зёрен поступают в цитоплазму и либо используются самой клеткой, либо выводятся наружу. В растительных клетках Аппарат Гольджи содержит ферменты синтеза полисахаридов и сам полисахаридный материал, который используется для построения клеточной оболочки. Предполагают, что он участвует в образовании вакуолей. Аппарат Гольджи был назван так в честь итальянского учёного Камилло Гольджи, впервые обнаружившего его в 1897 году.

Лизосомы

Лизосомы представляют собой мелкие пузырьки, ограниченные мембраной основная функция которых — осуществление внутриклеточного пищеварения. Использование лизосомного аппарата происходит при прорастании семени растения (гидролиз запасных питательных веществ).

Строение лизосомы

Микротрубочки

Микротрубочки — мембранные, надмолекулярные структуры, состоящие из белковых глобул, расположенных спиральными или прямолинейными рядами. Микротрубочки выполняют преимущественно механическую (двигательную) функцию, обеспечивая подвижность и сокращаемость органоидов клетки. Располагаясь в цитоплазме, они придают клетке определённую форму и обеспечивают стабильность пространственного расположения органоидов. Микротрубочки способствуют перемещению органоидов в места, которые определяются физиологическими потребностями клетки. Значительное количество этих структур расположено в плазмалемме, вблизи клеточной оболочки, где они участвуют в формировании и ориентации целлюлозных микрофибрилл оболочек растительных клеток.

Строение микротрубочки

Вакуоль

Вакуоль — важнейшая составная часть растительных клеток. Она представляет собой своеобразную полость (резервуар) в массе цитоплазмы, заполненную водным раствором минеральных солей, аминокислот, органических кислот, пигментов, углеводов и отделённую от цитоплазмы вакуолярной мембраной — тонопластом.

Цитоплазма заполняет всю внутреннюю полость только у самых молодых растительных клеток. С ростом клетки существенно изменяется пространственное расположение вначале сплошной массы цитоплазмы: у неё появляются заполненные клеточным соком небольшие вакуоли, и вся масса становится ноздреватой. При дальнейшем росте клетки отдельные вакуоли сливаются, оттесняя к периферии прослойки цитоплазмы, в результате чего в сформированной клетке находится обычно одна большая вакуоль, а цитоплазма со всеми органеллами располагаются около оболочки.

Водорастворимые органические и минеральные соединения вакуолей обусловливают соответствующие осмотические свойства живых клеток. Этот раствор определённой концентрации является своеобразным осмотическим насосом для регулируемого проникновения в клетку и выделения из неё воды, ионов и молекул метаболитов.

В комплексе со слоем цитоплазмы и её мембранами, характеризующимися свойствами полупроницаемости, вакуоль образует эффективную осмотическую систему. Осмотически обусловленными являются такие показатели живых растительных клеток, как осмотический потенциал, сосущая сила и тургорное давление.

Строение вакуоли

Пластиды

Пластиды — самые крупные (после ядра) цитоплазматические органоиды, присущие только клеткам растительных организмов. Они не найдены только у грибов. Пластиды играют важную роль в обмене веществ. Они отделены от цитоплазмы двойной мембранной оболочкой, а некоторые их типы имеют хорошо развитую и упорядоченную систему внутренних мембран. Все пластиды едины по происхождению.

Хлоропласты — наиболее распространённые и наиболее функционально важные пластиды фотоавтотрофных организмов, которые осуществляют фотосинтетические процессы, приводящие в конечном итоге к образованию органических веществ и выделению свободного кислорода. Хлоропласты высших растений имеют сложное внутреннее строение.

Строение хлоропласта

Размеры хлоропластов у разных растений неодинаковы, но в среднем диаметр их составляет 4-6 мкм. Хлоропласты способны передвигаться под влиянием движения цитоплазмы. Кроме того, под воздействием освещения наблюдается активное передвижение хлоропластов амебовидного типа к источнику света.

Хлорофилл — основное вещество хлоропластов. Благодаря хлорофиллу зелёные растения способны использовать световую энергию.

Лейкопласты (бесцветные пластиды) представляют собой чётко обозначенные тельца цитоплазмы. Размеры их несколько меньше, чем размеры хлоропластов. Более и однообразна и их форма, приближающая к сферической.

Строение лейкопласта

Встречаются в клетках эпидермиса, клубнях, корневищах. При освещении очень быстро превращаются в хлоропласты с соответствующим изменением внутренней структуры. Лейкопласты содержат ферменты, с помощью которых из излишков глюкозы, образованной в процессе фотосинтеза, в них синтезируется крахмал, основная масса которого откладывается в запасающих тканях или органах (клубнях, корневищах, семенах) в виде крахмальных зёрен. У некоторых растений в лейкопластах откладываются жиры. Резервная функция лейкопластов изредка проявляется в образовании запасных белков в форме кристаллов или аморфных включений.

Хромопласты в большинстве случаев являются производными хлоропластов, изредка — лейкопластов.

Строение хромопласта

Созревание плодов шиповника, перца, помидоров сопровождается превращением хлоро- или лейкопластов клеток мякоти в каратиноидопласты. Последние содержат преимущественно жёлтые пластидные пигменты — каратиноиды, которые при созревании интенсивно синтезируются в них, образуя окрашенные липидные капли, твёрдые глобулы или кристаллы. Хлорофилл при этом разрушается.

Митохондрии

Митохондрии — органеллы, характерные для большинства клеток растений. Имеют изменчивую форму палочек, зёрнышек, нитей. Открыты в 1894 году Р. Альтманом с помощью светового микроскопа, а внутреннее строение было изучено позднее с помощью электронного.

Строение митохондрии

Митохондрии имеют двухмембранное строение. Внешняя мембрана гладкая, внутренняя образует различной формы выросты — трубочки в растительных клетках. Пространство внутри митохондрии заполнено полужидким содержимым (матриксом), куда входят ферменты, белки, липиды, соли кальция и магния, витамины, а также РНК, ДНК и рибосомы. Ферментативный комплекс митохондрий ускоряет работу сложного и взаимосвязанного механизма биохимических реакций, в результате которых образуется АТФ. В этих органеллах осуществляется обеспечение клеток энергией — преобразование энергии химических связей питательных веществ в макроэргиеские связи АТФ в процессе клеточного дыхания. Именно в митохондриях происходит ферментативное расщепление углеводов, жирных кислот, аминокислот с освобождением энергии и последующим превращением её в энергию АТФ. Накопленная энергия расходуется на ростовые процессы, на новые синтезы и т. д. Митохондрии размножаются делением и живут около 10 дней, после чего подвергаются разрушению.

Эндоплазматическая сеть

Эндоплазматическая сеть — сеть каналов, трубочек, пузырьков, цистерн, расположенных внутри цитоплазмы. Открыта в 1945 году английским учёным К. Портером, представляет собой систему мембран, имеющих ультрамикроскопическое строение.

Строение эндоплазматической сети

Вся сеть объединена в единое целое с наружной клеточной мембраной ядерной оболочки. Различают ЭПС гладкую и шероховатую, несущую на себе рибосомы. На мембранах гладкой ЭПС находятся ферментные системы, участвующие в жировом и углеводном обмене. Этот тип мембран преобладает в клетках семян, богатых запасными веществами (белками, углеводами, маслами), рибосомы прикрепляются к мембране гранулярной ЭПС, и во время синтеза белковой молекулы полипептидная цепочка с рибосомами погружается в канал ЭПС. Функции эндоплазматической сети очень разнообразны: транспорт веществ как внутри клетки, так и между соседними клетками; разделение клетки на отдельные секции, в которых одновременно проходят различные физиологические процессы и химические реакции.

Рибосомы

Рибосомы — немембранные клеточные органоиды. Каждая рибосома состоит из двух не одинаковых по размеру частичек и может делиться на два фрагмента, которые продолжают сохранять способность синтезировать белок после объединения в целую рибосому.

Строение рибосомы

Рибосомы синтезируются в ядре, затем покидают его, переходя в цитоплазму, где прикрепляются к наружной поверхности мембран эндоплазматической сети или располагаются свободно. В зависимости от типа синтезируемого белка рибосомы могут функционировать по одиночке или объединяться в комплексы — полирибосомы.

Основные составляющие растительной клетки – это оболочка клетки и её содержимое, которое называется протопластом. Оболочка отвечает за форму клетки, а также обеспечивает надёжную защиту от влияния внешних факторов. Взрослая клетка растения отличается наличием полости с клеточным соком , которая имеет название вакуоль. Протопласт клетки содержит ядро, цитоплазму, а также органеллы: пластиды, митохондрии. Ядро клетки растения покрыто двумембранной оболочкой, которая содержит поры. Через эти поры поступают к ядру вещества.

Следует сказать, что цитоплазма растительной клетки имеет достаточно сложное строение мембран. Сюда входят и лизосомы, и комплекс Гольджи, и ретикулум эндоплазмы. Цитоплазма растительной клетки является основным компонентом, который участвует в важных процессах жизнедеятельности клетки. Существуют также и немембранные структуры в цитоплазме: рибосомы, микротрубочки и прочие. Основная плазма, в которой располагаются все органеллы клетки, называется гиалоплазмой. Растительная клетка содержит хромосомы, которые отвечают за передачу наследственной информации.

Особые признаки растительной клетки

Можно выделить основные отличительные особенности клеток растения:

Оболочка клетки состоит из целлюлозной оболочки.
В клетках растений содержатся хлоропласты, которые отвечают за фотоавтотрофное питание за счёт наличия хлорофиллов с зелёным пигментом.
Клетка растения предполагает наличие трёх разновидностей пластид.
Растение имеет особую клетку вакуоль, причем молодые клетки имеют небольшие вакуоли, а взрослая клетка отличается наличием одной большой.
Растение способно откладывать углевод про запас в качестве крахмальных зёрен.

Строение животной клетки

Животная клетка в обязательном порядке содержит ядро и хромосомы, наружную мембрану, а также органоиды, расположенные в цитоплазме. Мембрана животной клетки защищает её содержимое от внешнего воздействия. В состав мембраны входят молекулы белков и липидов. Взаимодействие ядра и органоидов клетки животного обеспечивает цитоплазма клетки.

К органоидам животной клетки относят рибосомы, которые расположены в эндоплазматической сети. Здесь происходит процесс синтеза белков, углеводов и липидов. Рибосомы же отвечают за синтез и транспортировку белка.

Митохондрии животной клетки ограничены посредством двух мембран. Лизосомы клетки животного способствуют детальному расщеплению белков до аминокислот, липидов до уровня глицерина, а жирных кислот до моносахаридов. Также клетка содержится комплекс Гольджи, который состоит из группы определённых полостей, которые отделены мембраной.

Сходства растительных и животных клеток

К признакам, которыми похожи растительные и животные клетки, можно отнести следующие:

Схожее строение системы структуры, т.е. наличие ядра и цитоплазмы.
Обменный процесс веществ и энергии близки по принципу осуществления.
И в животной, и в растительной клетке имеется мембранное строение.
Химический состав клеток очень похож.
В клетках растения и животного присутствует похожий процесс клеточного деления.
Растительная клетка и животная имеет единый принцип передачи кода наследственности.

Существенные различия между растительной и животной клеткой

Помимо общих признаков строения и жизнедеятельности растительной и животной клетки, существуют и особые отличительные черты каждой из них. Отличия клеток заключаются в следующем:

Таким образом, можно сказать, что растительные и животные клетки похожи между собой содержанием некоторых важных элементов и некоторыми процессами жизнедеятельности, а также имеют существенные отличия в структуре и обменных процессах.

Клетки животных и растений, как многоклеточных, так и одноклеточных, в принципе сходны по своему строению. Различия в деталях строения клеток связаны с их функциональной специализацией.

Основными элементами всех клеток являются ядро и цитоплазма. Ядро имеет сложное строение, изменяющееся на разных фазах клеточного деления, или цикла. Ядро неделящейся клетки занимает приблизительно 10-20% ее общего объема. Оно состоит из кариоплазмы (нуклеоплазмы), одного или нескольких ядрышек (нуклеол) и ядерной оболочки. Кариоплазма представляет собой ядерный сок, или кариолимфу, в которой находятся нити хроматина, образующие хромосомы.

Обязательными элементами ядра являются хромосомы, имеющие специфическую химическую и морфологическую структуру. Они принимают активное участие в обмене веществ в клетке и имеют прямое отношение к наследственной передаче свойств от одного поколения к другому.

Цитоплазма клетки обнаруживает весьма сложное строение. Введение методики тонких срезов и электронной микроскопии позволило увидеть тонкую структуру основной цитоплазмы.

Установлено, что последняя состоит из параллельно расположенных сложных структур, имеющих вид пластинок и канальцев, на поверхности которых располагаются мельчайшие гранулы диаметром 100-120 Å. Эти образования названы эндоплазматическим комплексом. В состав этого комплекса включены различные дифференцированные органоиды: митохондрии, рибосомы, аппарат Гольджи, в клетках животных и низших растений - центросома, животных - лизосомы, у растений - пластиды. Кроме того, цитоплазме обнаруживается целый ряд включений, принимающих участие в обмене веществ клетки: крахмал, капельки жира, кристаллы мочевины и т. д.

Центриоли (клеточный центр) состоит из двух компонентов: триоли и центросферы - особым образом дифференцированного участка цитоплазмы. Центриоли состоят из двух мелких округлых колец. В электронном микроскопе видно, что эти тельца представляют собой систему строго ориентированных трубочек.

Митохондрии в клетках бывают разной формы: палочковидные, нулообразные и др. Полагают, что форма их может изменяться зависимости от функционального состояния клетки. Размеры митохондрии варьируют в значительных пределах: от 0,2 до 2-7 мк. клетках разных тканей они располагаются или равномерно по цитоплазме, или с большей концентрацией в определенных участках. Установлено, что митохондрии принимают участие в окислительных процессах обмена веществ клетки. Митохондрии состоят белков, липидов и нуклеиновых кислот. В них найден ряд ферментов, участвующих в аэробном окислении, а также связанных реакцией фосфорилирования. Полагают, что в митохондриях происходят все реакции цикла Кребса: большая часть освобождаются при этом энергии расходуется на работу клетки.

Строение митохондрий оказалось сложным. Поданным электрон-микроскопических исследований, они представляют собой тельца, суженные гидрофильным золем заключенные в избирательно проницаемую оболочку - мембрану, толщина которой около 80 Å. Митохондрии имеют слоистую структуру в виде системы утренних гребней-кристаллов, толщина которых 180-200 Å. Они отходят от внутренней поверхности мембран, образуя кольцобразные диафрагмы. Предполагается, что митохондрии размножаются путем деления. При делении клетки распределение их по крайним клеткам не подчиняется строгой закономерности, так как % по-видимому, могут быстро размножаться до необходимого клетки количества. По форме, величине и роли в биохимических процессах митохондрии являются характерными для каждого типа ни и вида организма.

При биохимических исследованиях цитоплазмы в ней найдены микросомы, которые представляют собой фрагменты мембран с структурой эндоплазматической сети.

В значительном количестве в цитоплазме находятся рибосомы размерам они варьируют от 150 до 350 Å и в световом микроскопе невидимы. Особенностью их является высокое содержание РНК и белков: около 50% всей клеточной РНК находится в рибосомах, что указывает на большое значение последних в деятельности клетки. Установлено, что рибосомы участвуют в синтезе клеточных белков под контролем ядра. Репродукция самих рибосом также контролируется ядром; в отсутствии ядра они теряют способность синтезировать цитоплазматические белки и исчезают.

В цитоплазме имеется также аппарат Гольджи . Он представляет систему гладких мембран и канальцев, располагающихся вокруг ядра или полярно. Предполагают, что этот аппарат обеспечивает выделительную функцию клетки. Тонкое строение его остается еще не выясненным.

Органоидами цитоплазмы являются также лизосомы - литические тела, выполняющие функцию пищеварения внутри клетки. Они открыты пока только в животных клетках. Лизосомы содержат активный сок - ряд ферментов, способных расщеплять белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды, поступающие в клетку. В случае если мембрана лизосомы разрывается и ферменты переходят в цитоплазму, то они «переваривают» другие элементы, цитоплазмы и приводят к растворению клетки - «самопоеданию».

Для цитоплазмы растительных клеток характерно присутствие пластид, которые осуществляют фотосинтез, синтез крахмала и пигментов, а также белков, липидов и нуклеиновых кислот. По окраске и выполняемой функции пластиды могут быть разделены на три группы: лейкопласты, хлоропласты и хромопласты. Лейкопласты - бесцветные пластиды, участвующие в синтезе крахмала из сахаров. Хлоропласты представляют белковые тела более плотной консистенции, чем цитоплазма; наряду с белками они содержат много липидов. Белковое тело (строма) хлоропластов несет пигменты, в основном - хлорофилл, чем и объясняется их зеленая окраска, хлоропласты осуществляют фотосинтез. Хромопласты содержат пигменты - каротиноиды (каротин и ксантофилл).

Пластиды размножаются путем прямого деления и, по-видимому, не возникают в клетке заново. До сих пор нам не известен принцип их распределения по дочерним клеткам при делении. Возможно, что строгого механизма, обеспечивающего равное распределение, не существует, так как необходимое число их может быстро восстанавливаться. При бесполом и половом размножении растений через материнскую цитоплазму могут наследоваться признаки, определяемые свойствами пластид.

Здесь мы не будем останавливаться на особенностях изменений отдельных элементов клетки в связи с выполняемыми ими физиологическими функциями, так как это входит в область изучения цитологии, цитохимии, цитофизики и цитофизиологии. Однако следует отметить, что в последнее время исследователи приходят к очень важному выводу в отношении химической характеристики органелл цитоплазмы: ряд из них, такие как митохондрии, пластиды и даже центриоли, имеет собственную ДНК. Какова роль ДНК и каково состояние, в котором она находится, остается пока неясным.

Мы познакомились с общей структурой клетки лишь для того, чтобы в последующем оценить роль отдельных ее элементов в обеспечении материальной преемственности между поколениями, т. е. в наследственности, ибо все структурные элементы клетки принимают участие в ее сохранении. Следует, однако, иметь в виду, что, хотя наследственность и обеспечивается всей клеткой как единой системой, ядерные структуры, а именно хромосомы, занимают при этом особое место. Хромосомы, в отличие от органелл клетки, представляют собой уникальные структуры, характеризующиеся постоянством качественного и количественного состава. Они не могут взаимозаменять друг друга. Несбалансированность хромосомного набора клетки приводит в конечном счете к ее гибели.

Строение клетки

Формы клеток очень разнообразны. У одноклеточных каждая клетка - отдельный организм. Ее форма и особенности строения связаны с условиями среды, в которых обитает данное одноклеточное, с его образом жизни.

Различия в строении клеток

Тело каждого многоклеточного животного и растения слагается из клеток, различных по внешнему виду, что связано с их функциями. Так, у животных сразу можно отличить нервную клетку от мышечной или эпителиальной клетки (эпителий - покровная ткань). У растений неодинаковы многие клетки листа, стебля и т. д.

Столь же изменчивы и размеры клеток. Самые мелкие из них (некоторые бактерии) не превышают 0,5 мкм Величина клеток многоклеточных организмов колеблется от нескольких микрометров (диаметр лейкоцитов человека 3-4 мкм, диаметр эритроцитов - 8 мкм) до огромных размеров (отростки одной нервной клетки человека имеют длину более 1 м). У большинства клеток растений и животных величина их диаметра колеблется от 10 до 100 мкм.

Несмотря на разнообразие строения форм и размеров, все живые клетки любого организма сходны по многим признакам внутреннего строения. Клетка - сложная целостная физиологическая система, в которой осуществляются все основные процессы жизнедеятельности: обмен веществ и энергии, раздражимость, рост и самовоспроизведение.

Основные компоненты в строении клетки

Основные общие компоненты клетки - наружная мембрана, цитоплазма и ядро. Клетка может жить и нормально функционировать лишь при наличии всех этих компонентов, которые тесно взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой.

Строение наружной мембраны. Она представляет собой тонкую (около 7,5 нм толщиной) трехслойную оболочку клетки, видимую лишь в электронном микроскопе. Два крайних слоя мембраны состоят из белков, а средний образован жироподобными веществами. В мембране есть очень мелкие поры, благодаря чему она легко пропускает одни вещества и задерживает другие. Мембрана принимает участие в фагоцитозе (захватывание клеткой твердых частиц) и в пиноцитозе (захватывание клеткой капелек жидкости с растворенными в ней веществами). Таким образом мембрана сохраняет целостность клетки и регулирует поступление веществ из окружающей среды в клетку и из клетки в окружающую ее среду.

На своей внутренней поверхности мембрана образует впячивания и разветвления, глубоко проникающие внутрь клетки. Через них наружная мембрана связана с оболочкой ядра, С другой стороны, мембраны соседних клеток, образуя взаимно прилегающие впячивания и складки, очень тесно и надежно соединяют клетки в многоклеточные ткани.

Цитоплазма представляет собой сложную коллоидную систему. Ее строение: прозрачный полужидкий раствор и структурные образования. Общими для всех клеток структурными образованиями цитоплазмы являются: митохондрии, эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи и рибосомы. Все они вместе с ядром представляют собой центры тех или иных биохимических процессов, в совокупности составляющих обмен веществ и энергии в клетке. Эти процессы чрезвычайно разнообразны и протекают одновременно в микроскопически малом объеме клетки. С этим связана общая особенность внутреннего строения всех структурных элементов клетки: несмотря на малые размеры, они имеют большую поверхность, на которой располагаются биологические катализаторы (ферменты) и осуществляются различные биохимические реакции.

Митохондрии - энергетические центры клетки. Это очень мелкие, но хорошо видимые в световом микроскопе тельца (длина 0,2-7,0 мкм). Они находятся в цитоплазме и значительно варьируют по форме и числу в разных клетках. Жидкое содержимое митохондрий заключено в две трехслойные оболочки, каждая из которых имеет такое же строение, как и наружная мембрана клетки. Внутренняя оболочка митохондрии образует многочисленные впячивания и неполные перегородки внутри тела митохондрии. Эти впячивания называются кристами. Благодаря им при малом объеме достигается резкое увеличение поверхностей, на которых осуществляются биохимические реакции и среди них прежде всего реакции накопления и освобождения энергии при помощи ферментативного превращения аденозиндифосфорной кислоты в аденозинтрифосфорную кислоту и наоборот.

Эндоплазматическая сеть представляет собой многократно разветвленные впячивания наружной мембраны клетки. Мембраны эндоплазматической сети обычно расположены попарно, а между ними образуются канальцы, которые могут расширяться в более значительные полости, заполненные продуктами биосинтеза. Вокруг ядра мембраны, слагающие эндоплазматическую сеть, непосредственно переходят в наружную мембрану ядра. Таким образом, эндоплазматическая сеть связывает воедино все части клетки. В световом микроскопе, при осмотре строения клетки, эндоплазматическая сеть не видна.

В строении клетки различают шероховатую и гладкую эндоплазматическую сеть. Шероховатая эндоплазматическая сеть густо окружена рибосомами, где происходит синтез белков. Гладкая эндоплазматическая сеть лишена рибосом и в ней осуществляются синтез жиров и углеводов. По канальцам эндоплазматической сети осуществляется внутриклеточный обмен веществами, синтезируемыми в различных частях клетки, а также обмен между клетками. Вместе с тем эндоплазматическая сеть как более плотное структурное образование выполняет функцию остова клетки, придавая ее форме определенную устойчивость.

Рибосомы находятся как в цитоплазме клетки, так и в ее ядре. Это мельчайшие зернышки диаметром около 15-20 им, что делает их невидимыми в световом микроскопе. В цитоплазме основная масса рибосом сосредоточена на поверхности канальцев шероховатой эндоплазматической сети. Функция рибосом заключается в самом ответственном для жизнедеятельности клетки и организма в целом процессе - в синтезе белков.

Комплекс Гольджи сначала был найден только в животных клетках. Однако в последнее время и в растительных клетках обнаружены аналогичные структуры. Строение структуры комплекса Гольджи близка к структурным образованиям эндоплазматической сети: это различной формы канальцы, полости и пузырьки, образованные трехслойными мембранами. Помимо того, в комплекс Гольджи входят довольно крупные вакуоли. В них накапливаются некоторые продукты синтеза, в первую очередь ферменты и гормоны. В определенные периоды жизнедеятельности клетки эти зарезервированные вещества могут быть выведены из данной клетки через эндоплазматическую сеть и вовлечены в обменные процессы организма в целом.

Клеточный центр - образование, до сих пор описанное только в клетках животных и низших растений. Он состоит из двух центриолей, строение каждой из которых представляет собой цилиндрик размером до 1 мкм. Центриоли играют важную роль в митотическом делении клеток. Кроме описанных постоянных структурных образований, в цитоплазме различных клеток периодически появляются те или иные включения. Это капельки жира, крахмальные зерна, кристаллики белков особой формы (алейроновые зерна) и др. В большом количестве такие включения встречаются в клетках запасающих тканей. Однако и в клетках других тканей такие включения могут существовать как временный резерв питательных веществ.

Ядро, как и цитоплазма с наружной мембраной, - обязательный компонент подавляющего большинства клеток. Лишь у некоторых бактерий, при рассмотрении строения их клеток, не удалось выявить структурно оформленного ядра, но в их клетках обнаружены все химические вещества, присущие ядрам других организмов. Нет ядер в некоторых специализированных клетках, потерявших способность делиться (эритроциты млекопитающих, ситовидные трубки флоэмы растения). С другой стороны, существуют многоядерные клетки. Ядро играет очень важную роль в синтезе белков-ферментов, в передаче наследственной информации из поколения в поколение, в процессах индивидуального развития организма.

Ядро неделящейся клетки имеет ядерную оболочку. Она состоит из двух трехслойных мембран. Наружная мембрана связана через эндоплазматическуго сеть с клеточной мембраной. Через всю эту систему осуществляется постоянный обмен веществами между цитоплазмой, ядром и средой, окружающей клетку. Кроме того, в оболочке ядра есть поры, через которые также осуществляется связь ядра с цитоплазмой. Внутри ядро заполнено ядерным соком, в котором находятся глыбки хроматина, ядрышко и рибосомы. Хроматин образован белком и ДНК. Это тот материальный субстрат, который перед делением клетки оформляется в хромосомы, видимые в световом микроскопе.

Хромосомы - постоянные по числу и форме образования, одинаковые для всех организмов данного вида. Перечисленные выше функции ядра в первую очередь связаны с хромосомами, а точнее - с ДНК, входящей в их состав.

Ядрышко в количестве одного или нескольких присутствует в ядре неделящейся клетки и хорошо видно в световом микросколе. В момент деления клетки оно исчезает. В самое последнее время выяснена огромная роль ядрышка: в нем формируются рибосомы, которые затем из ядра поступают в цитоплазму и там осуществляют синтез белков.

Все сказанное в равной мере относится и к клеткам животных, и к клеткам растений. В связи со спецификой обмена веществ, роста и развития растении и животных в строении клеток тех и других имеются дополнительные структурные особенности, отличающие растительные клетки от клеток животных.

Клеткам животных, кроме перечисленных составных частей, в строении клетки, присущи особые образования - лизосомы. Это ультрамикроскопические пузырьки в цитоплазме, наполненные жидкими пищеварительными ферментами. Лизосомы осуществляют функцию расщепления веществ пищи на более простые химические вещества. Есть отдельные указания, что лизосомы встречаются и в растительных клетках.

Самые характерные структурные элементы растительных клеток (кроме тех общих, которые присущи всем клеткам) - пластиды. Они существуют в трех формах: зеленые хлоропласты, красно-оранжево-желтые хромопласты и бесцветные лейкопласты. Лейкопласты при определенных условиях могут превращаться в хлоропласты (позеленение клубня картофеля), а хлоропласты в свою очередь могут становиться хромопластами (осеннее пожелтение листьев).

Хлоропласты представляют собой «фабрику» первичного синтеза органических веществ из неорганических за счет солнечной энергии. Это небольшие тельца довольно разнообразной формы, всегда зеленого цвета благодаря присутствию хлорофилла. Строение хлоропластов в клетке: имеют внутреннюю структуру, которая обеспечивает максимальное развитие свободных поверхностей. Эти поверхности создаются многочисленными тонкими пластинками, скопления которых находятся внутри хлоропласта.

С поверхности хлоропласт, как и другие структурные элементы цитоплазмы, покрыт двойной мембраной. Каждая из них в свою очередь трехслойна, как и наружная мембрана клетки.

Хромопласты по своей природе близки к хлоропластам, но содержат желтые, оранжевые и другие близкие к хлорофиллу пигменты, которые обусловливают окраску плодов и цветков у растений.

В отличие от животных растения растут в течение всей жизни. Это происходит как за счет увеличения числа клеток путем деления, так и за счет увеличения размеров самих клеток. При этом большая часть строения тела клетки оказывается занятой вакуолями. Вакуоли представляют собой расширившиеся просветы канальцев в эндоплазматической сети, наполненные клеточным соком.

Строение оболочки растительных клеток, кроме наружной мембраны, состоят дополнительно из клетчатки (целлюлозы), которая образует толстую целлюлозную стенку на периферии наружной мембраны. У специализированных клеток эти стенки часто приобретают специфические структурные усложнения.

Животная и растительная клетки. Сравнение.

Перед тем как начать сравнение надо еще раз упомянуть (хотя об этом уже не раз говорилось), что и растительные и животные клетки объединяются (вместе с грибами) в надцарство эукариот, а для клеток данного надцарства типично наличие мембранной оболочки, морфологически обособленного ядра и цитоплазмы (матрикс) содержащей различные органоиды и включения.

Итак, сравнение животной и растительной клеток: Общие признаки: 1. Единство структурных систем - цитоплазмы и ядра. 2. Сходство процессов обмена веществ и энергии. 3. Единство принципа наследственного кода. 4. Универсальное мембранное строение. 5. Единство химического состава. 6. Сходство процесса деления клеток.

	Растительная клетка	Животная клетка
Размер (ширина)	10 – 100 мкм	10 – 30 мкм
	Однообразная – кубическая или плазматическая.	Форма разнообразная
Клеточная стенка	Характерно наличие толстой целлюлозной клеточной стенки, углеводный компонент клеточной оболочки сильно выражен и представлен целлюлозной клеточной оболочной.	Имеют, как правило тонкую клеточную стенку, углеводный компонент относительно тонок (толщина 10 – 20 нм), представлен олигосахаридными группами гликопротеинов и гликолипидов и называется гликокаликсом.
Клеточный центр	У низших растений.	Во всех клетках
Центриоли
Положение ядра	Ядра у высокодифференцированных растительных клеток, как правило, оттеснены клеточным соком к периферии и лежат пристеночно.	У животных клеток они чаще всего занимают центральное положение.
Пластиды	Характерны для клеток фотосинтезирующих организмов (растения фотосинтезирующие – организмы). В зависимости от окраски различают три основных типа: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.
	Крупные полости, заполненные клеточным соком - водным раствором различных веществ, являющихся запасными или конечными продуктами. Осмотические резервуары клетки	Сократительные, пищеварительные, выделительные вакуоли. Обычно мелкие
Включения	Запасные питательные вещества в виде зерен крахмала, белка, капель масла; вакуоли с клеточным соком; кристаллы солей	Запасные питательные вещества в виде зерен и капель (белки, жиры, углевод гликоген); конечные продукты обмена, кристаллы солей; пигменты
Способ деления	Цитокинез путем образования посередине клетки фрагмопласта.	Деление путем образования перетяжки.
Главный резервный питательный углевод		Гликоген
Способ питания	Автотрофный (фототрофный, хемотрофный)	Гетеротрофный
Способность к фотосинтезу
Синтез АТФ	В хлоропластах, митохондриях	В митохондриях

Эукариотическая клетка

Рис. 1. Схема строения эукариотической клетки: 1 - ядро; 2 - ядрышко; 3 - поры ядерной оболочки; 4 - митохондрия; 5 - эндоцитозное впячивание; 6 - лизосома; 7 - агранулярный эндоплазматический ретикулум; 8 - гранулярный эндоплазматический ретикулум с полисомами; 9 - рибосомы; 10 - комплекс Гольджи; 11 - плазматическая мембрана. Стрелки указывают направление потоков при эндо- и экзоцитозе.

Схема строения плазматической мембраны:

Рис. 2. Схема строения плазматической мембраны: 1 - фосфолипиды; 2 - холестерин; 3 - интегральный белок; 4 - олигосахаридная боковая цепь.

Электронограмма клеточного центра (две центриоли в конце G1-периода клеточного цикла):