В тайны клеточного строения человек смог проникнуть только благодаря изобретению Хансом Янсеном в конце 16 века микроскопа. Роберт Гук (1665 год) опубликовал труд "Микрография", где изложил результаты своих исследований. Рассматривая тонкий срез пробки под микроскопом, он обнаружил существование множества мелких ячеек и назвал их "клетками". Так возник этот термин.
(1680 год) описал с большой точностью, наблюдаемые под микроскопом микроорганизмы. Он назвал их "микроскопическими животными", однако не отмечал их клеточного строения.
(1831 год) впервые описал ядро в растительной клетке.
(1838 год) сделал первые шаги к раскрытию и пониманию роли ядра.
(1839 год) используя свои собственные данные и результаты М. Шлейдена, обобщил знания о клетке и сформулировал клеточную теорию. Основное положение этой теории: клетка является элементарной единицей строения всех растительных и животных организмов.
Клеточная теория
Клеточная теория Шванна - Шлейдена
- Всем животным и растениям свойственно клеточное строение.
- Растут и развиваются растения и животные путем возникновения новых клеток.
- Клетка является самой маленькой единицей живого, а целый организм – совокупность клеток.
Затем произошла дальнейшая систематизация знаний, развитие клеточной теории.
Карл Максимович Бэр (1827 год) открыл яйцеклетку млекопитающих. Сформулировал положение, что клетка не только единица строения, но и единица развития живых организмов.
Рудольф Вирхов (1855 год) обосновал принцип преемственности клеток ("каждая клетка из клетки").
Современная клеточная теория
- Клетка представляет собой основу структурной и функциональной организации растений и животных.
- Клетки растений и животных сходны по строению и развиваются аналогично (путем деления исходной клетки).
- Клетки у всех организмов имеют мембранное строение.
- Ядро клетки представляет ее главный регуляторный органоид.
- Клеточное строение живых организмов — свидетельство единства их происхождения.
Строение клетки. Функции органоидов
Строение плазматической мембраны
Основные функции поверхностного аппарата:
- Ограничение внутренней среды клетки, сохранение ее формы,
- Защита от повреждений,
- Рецепторная функция;
- Транспорт веществ через плазматические мембраны (трансмембранный транспорт), Транспорт в мембранной упаковке (эндоцитоз и экзоцитоз ).
Важной проблемой является транспорт веществ через плазматические мембраны. Он необходим для доставки питательных веществ в клетку, вывода токсичных отходов, создания градиентов для поддержания нервной и мышечной активности. Существуют следующие механизмы транспорта веществ через мембрану:
- диффузия
- осмос
- активный транспорт
- диффузия обеспечивает перемещение маленьких, незаряженных молекул по градиенту концентрации между молекулами липидов (газы, жирорастворимые молекулы проникают прямо через плазматическую мембрану);
- при облегчённой диффузии растворимое в воде вещество (глюкоза, аминокислоты, нуклеотиды) проходит через мембрану по особому каналу, создаваемому белком-переносчиком;
- осмос (диффузия воды через полупроницаемые мембраны); Процессы не требуют дополнительной энергии.
- активный транспорт - перенос молекул Na+ и K+, H+ из области с меньшей концентрацией в область с большей (против градиента концентраций) посредством специальных транспортных белков. Процесс требует затраты энергии АТФ
Натрий-калиевый насос Обмен осуществляется при помощи специальных белков, образующих в мембране так называемые каналы. На рисунке показана работа такого канала (насоса), обеспечивающего движение ионов натрия и калия через клеточную мембрану.
Цитоплазма представляет собой водянистое вещество – цитозоль (90 % воды), в котором располагаются различные органеллы, а также питательные вещества (в виде истинных и коллоидных растворов) и нерастворимые отходы метаболических процессов. В цитозоле протекает гликолиз, синтез жирных кислот, нуклеотидов и других веществ. Цитоплазма является динамической структурой. Органеллы движутся, а иногда заметен и циклоз – активное движение, в которое вовлекается вся протоплазма.
Строение эукариотической клетки
Основние вещество цитоплазмы – гиалоплазма (существует в 2 формах: золь – более жидкая и гель – более густая.
Органеллы – постоянные компоненты.
Включения –временные компоненты.
Свойство цитоплазмы – циклоз (постоянное движение)
Митохондрии
Внутренняя мембрана сложена в складки, называемые кристами. Возможно, митохондрии некогда были свободнодвижущимися бактериями, которые, случайно проникнув в клетку, вступили с хозяином в симбиоз. Важнейшей функцией митохондрий является синтез АТФ, происходящий за счёт окисления органических веществ.
Митохондрии иногда называют «клеточными электростанциями». Это спиральные, округлые, вытянутые или разветвлённые органеллы, длина которых изменяется в пределах 1,5–10 мкм, а ширина – 0,25–1 мкм. Митохондрии могут изменять свою форму и перемещаться в те области клетки, где потребность в них наиболее высока. В клетке содержится до тысячи митохондрий, причём это количество сильно зависит от активности клетки. Каждая митохондрия окружена двумя мембранами, внутри которых содержатся РНК, белки и митохондриальная ДНК, участвующая в синтезе митохондрий наряду с ядерной ДНК.
Состав и строение
2 Мембраны (Наружная и Внутренняя (образует выросты – кристы)).
Матрикс (внутреннее полужидкое содержимое, включающее ДНК, РНК, белок и рибосомы)
Функции:
- Синтез АТФ
- Синтез собственных органических веществ,
- Образование собственных рибосом.
Эндоплазматическая сеть
Эндоплазматическая сеть – это сеть мембран, пронизывающих цитоплазму эукариотических клеток. Её можно наблюдать только при помощи электронного микроскопа. Эндоплазматическая сеть связывает органеллы между собой, по ней происходит транспорт питательных веществ. Различают гладкую и шероховатую ЭПС. Гладкая ЭПС имеет вид трубочек, стенки которых представляют собой мембраны, сходные по своей структуре с плазматической мембраной. В ней осуществляется синтез липидов и углеводов.
Строение
1 мембрана образует:
- Полости;
- Канальцы;
- Трубочки;
- На поверхности мембран – рибосомы.
Функции:
- Синтез органических веществ (с помощью рибосом);
- Транспорт веществ.
Строение ЭПС
Аппарат Гольджи
Аппарат Гольджи представляет собой стопку мембранных мешочков (цистерн) и связанную с ними систему пузырьков. На наружной, вогнутой стороне стопки из пузырьков (отпочковывающихся, по-видимому, от гладкой эндоплазматической сети) постоянно образуются новые цистерны, на внутренней стороне цистерны превращаются обратно в пузырьки. Основной функцией аппарата Гольджи является транспорт веществ в цитоплазму и внеклеточную среду, а также синтез жиров и углеводов, в частности, гликопротеина муцина, образующего слизь, а также воска, камеди и растительного клея. Аппарат Гольджи участвует в росте и обновлении плазматической мембраны и в формировании лизосом.
Строение
Окруженные мембранами полости (цистерны) и связанная с ними система пузырьков.
Функции:
- Накопление органических веществ;
- «Упаковка» органических веществ;
- Выведение органических веществ;
- Образование лизосом.
Пластиды
Пластиды – органеллы, свойственные только растительным клеткам. Они окружены двойной мембраной. Пластиды делятся на хлоропласты, осуществляющие фотосинтез, хромопласты, окрашивающие отдельные части растений в красные, оранжевые и жёлтые тона, и лейкопласты, приспособленные для хранения питательных веществ: белков (протеинопласты), жиров (липидопласты) и крахмала (амилопласты).
Пластиды обладают относительной автономией. Так же, как и митохондрии, образующиеся из предшествующих митохондрий, они рождаются только из родительских пластид. По-видимому, пластиды также произошли от симбиотических прокариот, поселившихся в клетках организма-хозяина миллиарды лет назад.
Строение
2 мембраны:
- Наружная;
- Внутренняя (содержащие хлорофилл граны, собранные из стопки тилакоидных мембран).
Матрикс (внутренняя полужидкая среда, содержащая белки, ДНК, РНК и рибосомы)
Функции:
- Синтез АТФ;
- Синтез углеводов;
- Биосинтез собственных белков.
Строение хлоропласта
Лизосомы
Лизосомы представляют собой мембранные мешочки, наполненные пищеварительными ферментами. Особенно много лизосом в животных клетках, здесь их размер составляет десятые доли микрометра.
Лизосомы расщепляют питательные вещества, переваривают попавшие в клетку бактерии, выделяют ферменты, удаляют путём переваривания ненужные части клеток. Лизосомы также являются «средствами самоубийства» клетки: в некоторых случаях (например, при отмирании хвоста у головастика) содержимое лизосом выбрасывается в клетку, и она погибает.
Строение: пузырьки овальной формы (снаружи – мембрана, внутри – ферменты).
Функции:
- Расщепление органических веществ;
- Разрушение отмерших органоидов клетки;
- Уничтожение отработавших клеток.
Строение лизосом
Центральная вакуоль растений
- Покрыта тонопластом – мембраной
- Заполнена клеточным соком
- Формируется при участии ЭПС
- Нуклеиновых кислот нет
Центральная вакуоль
Пищеварительная вакуоль животной клетки
- Содержит литические (расщепляющие) ферменты и пищевые частицы
- Здесь идет внутриклеточное пищеварение
Пищеварительная вакуоль животных
Немембранные органеллы. Рибосомы
Рибосомы – мелкие (15–20 нм в диаметре) органеллы, состоящие из р-РНК и полипептидов. Важнейшая функция рибосом – синтез белка. Их количество в клетке весьма велико: тысячи и десятки тысяч. Рибосомы могут быть связаны с эндоплазматической сетью или находиться в свободном состоянии. В процессе синтеза обычно одновременно участвуют множество рибосом, объединённых в цепи, называемые полирибосомами.
Строение
- Малая.
- Большая.
Состав:
- РНК (рибосомная);
- Белки.
Функции: обеспечивает биосинтез белка (сборку белковой молекулы из аминокислот).
Клеточный центр
Почти во всех эукариотических клетках имеются полые цилиндрические органеллы диаметром около 25 нм, называющиеся микротрубочками. В длину они могут достигать нескольких микрометров. Стенки микротрубочек сложены из белка тубулина.
В клетках животных и низших растений встречаются центриоли – мелкие полые цилиндры длиной в десятые доли микрометра, построенные из 27 микротрубочек. Во время деления клетки они образуют веретено, вдоль которого выстраиваются хромосомы. Центриолям по структурам идентичны базальные тельца, содержащиеся в жгутиках и ресничках. Эти органеллы вызывают биение жгутиков. Другая функция микротрубочек – транспорт питательных веществ.
Строение
2 центриоли (расположены перпендикулярно друг другу).
Состав центриолей: белковые микротрубочки.
Свойства: способны к удвоению.
Функции: принимает участие в делении клеток животных и низших растений.
Строение центриолей
Органеллы движения
- Реснички (многочисленные цитоплазматические выросты на мембране).
- Жгутики (единичные цитоплазматические выросты на мембране).
- Псевдоподии (амебовидные выступы цитоплазмы).
- Миофибриллы (тонкие нити длиной до 1 см.).
Ядро
У некоторых простейших имеются два ядра, но как правило, клетка содержит только одно ядро. Ядро обычно принимает форму шара или яйца; по размерам (10–20 мкм) оно является самой крупной из органелл.
Ядро имеется в клетках всех эукариот за исключением эритроцитов млекопитающих.
Ядро отграничено от цитоплазмы ядерной оболочкой, которая состоит из двух мембран: наружной и внутренней, имеющих такое же строение, как и плазматическая мембрана. Между ними находится узкое пространство, заполненное полужидким веществом. Через множество пор в ядерной оболочке осуществляется обмен веществ между ядром и цитоплазмой (в частности, выход и-РНК в цитоплазму). Внешняя мембрана часто бывает усеяна рибосомами, синтезирующими белок.
Под ядерной оболочкой находится кариоплазма (ядерный сок), в которую поступают вещества из цитоплазмы. Кариоплазма содержит хроматин – вещество, несущее ДНК, и ядрышки. Ядрышко – это округлая структура внутри ядра, в которой происходит формирование рибосом.
Строение
- Ядерная оболочка (2 мембранная):
- Наружная мембрана;
- Внутренняя мембрана.
- Ядерный сок (белки, ДНК, вода, мин. соли).
- Ядрышко (белок и р-РНК).
- Хромосомы (хроматин): ДНК, белок.
Функции:
- Регуляция процесса обмена веществ;
- Хранение наследственной информации и ее воспроизводство;
- Синтез РНК;
- Сборка рибосом (рибосомальный белок + рибосомальная РНК).
Строение ядра
