Клетка человека строение: Строение клетки человека и ее функции в организме

Содержание

Строение клетки человека — состав, функции, свойства

Клетка — элементарная живая система, основная структурная и функциональная единица организма, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению.

Жизненные свойства клетки человека

К основным жизненным свойствам клетки относят: обмен веществ, биосинтез, размножение, раздражимость, выделение, питание, дыхание, рост и распад органических соединений.

Химический состав клетки

Основные химические элементы клетки: Кислород (О), Сера (S), Фосфор (Р), Углерод (С), Калий (К), Хлор (Сl), Водород (Н), Железо (Fe), Натрий (Na), Азот (N), Кальций (Са), Магний (Mg)

Неорганические вещества Органические вещества
1. Вода — растворяет и переносит питательные вещества. Вода — универсальный растворитель. Все реакции идут в растворах. Вода обеспечивает перенос необходимых веществ и выделение вредных продуктов. Вода участвует в регуляции температуры тела и составляет 70-85% от всего химического состава клетки.

2. Минеральные соли участвуют в образова­нии жизненно важных соединений (напри­мер, белка крови — ге­моглобина)

— Углеводы;

— Жиры;

— Белки;

— Нуклеиновые кислоты

— АТФ

Органические вещества клетки

Название веществ

Из каких эле­ментов (веществ) состоят

Функции веществ

Углеводы

Углерод, водо­род, кислород.

Основные источники энергии для осуществления всех жиз­ненных процессов.

Жиры

Углерод, водо­род, кислород.

Входят в состав всех клеточных мембран, служат запасным ис­точником энергии в организме.

Белки

Углерод, водород, ки­слород, азот, сера, фосфор.

1. Главный строительный материал клетки;

2. ускоряют течение химических реакций в организме;

3. запасной источник энергии для организма.

Нуклеиновые кислоты

Углерод, водо­род, кисло­род, азот, фосфор.

ДНК — определяет состав бел­ков клетки и передачу наслед­ственных признаков и свойств следующим поколениям;

РНК — образование характерных для данной клетки белков.

АТФ (аденозинтрифосфат)

Рибоза, аденин, фосфорная кислота

Обеспечивает запас энергии, участвует в построении нуклеиновых кислот

Размножение клетки (деление клетки) человека

Размножение клеток в человеческом организме происходит путем непрямого деления. В результате дочерний организм получает такой-же набор хромосом, как материнский. Хромосомы — носители наследственных свойств организма, передающихся от родителей потомству.

Этап размножения (фазы деления) Характеристика
Подготовительная

Перед делением число хромосом удваивается. Запасается энергия и вещества, необходимые для деления.
Первая

Начало деления. Центриоли клеточного центра расходятся к полюсам клетки. Хромосомы утолщаются и укорачиваются. Ядерная оболочка растворяется. Из клеточного центра образуется веретено деления.
Вторая

Удвоенные хромосомы размещаются в плоскости экватора клетки. К каждой, хромосоме, прикрепляются плотные нити, которые тянутся от центриолей.
Третья

Нити сокращаются, и хромосомы расходятся к полюсам клетки.
Четвертая

Конец деления. Делится все содержимое клетки и цитоплазма. Хромосомы удлиняются и становятся неразличимыми. Формируется ядерная оболочка, на теле клетки возникает перетяжка, которая постепенно углубляется, разделяя клетку надвое. Образуются две дочерние клетки.

Строение клетки человека человека

У животной клетки, в отличие от растительной, имеется клеточный центр, но отсутствуют: плотная клеточная стенка, поры в клеточной стенке, пластиды( хлоропласты, хромопласты, лейкопласты) и вакуоли с клеточным соком.

Клеточные структуры Особенности строения Основные функции
Плазматическая мембрана Билипидныи (жировой) слой, окруженный бел новым 1 слоями Обмен веществ между клетками и межклеточным веществом
Цитоплазма Вязкое полужидкое вещество, в котором располагаются органоиды клетки Внутренняя среда клетки. Взаимосвязь всех частей клетки и транспорт питательных веществ
Ядро с ядрышком Тельце, ограниченное ядерной оболочкой, с хроматином ( тип и ДНК). Ядрышко находится внутри ядра, принимает участие в синтезе белков. Контролирующий центр клетки. Передача информации дочерним клеткам с помощью хромосом при делении
Клеточный центр Участок более густой цитоплазмы с центриолями (и цилиндрические тельца) Участвует в делении клеток
Эндоплазматическая сеть Сеть канальцев Синтез и транспорт питательных веществ
Рибосомы Плотные тельца, содержащие белок и РНК В них синтезируется белок
Лизосомы Округлые тельца, внутри которых находятся ферменты Расщепляют белки, жиры, углеводы
Митохондрии Утолщённые тельца с внутренними складками ( кристами ) В них находятся ,ферменты, при помощи которых пи­тательные вещества расщепляются, а энергия запаса­ется в виде особого вещества — АТФ.
Аппарат Гольджи С топка плоских мембранных мешочков Образование лизосом

_______________

Источник информации: Биология в таблицах и схемах./ Издание 2е, — СПб.: 2004.

Резанова Е.А. Биология человека. В таблицах и схемах./ М.: 2008.

таблица, особенности устройства и что такое клеточный центр

Все живые существа и организмы на Земле состоят из клеток: растения, грибы, бактерии, животные, люди. Несмотря на минимальный размер, все функции целого организма выполняет клетка. Внутри нее протекают сложные процессы, от которых зависит жизнеспособность тела и работа его органов.

Структурные особенности

Учёные занимаются изучением особенности строения клетки и принципов ее работы. Детально рассмотреть особенности структуры клетки можно только при помощи мощного микроскопа.

Все наши ткани — кожные покровы, кости, внутренние органы состоят из клеток, которые являются строительным материалом, бывают разных форм и размеров, каждая разновидность выполняет определённую функцию, но основные особенности их строения сходны.

Сначала выясним, что лежит в основе структурной организации клеток. В ходе проведенных исследований ученые установили, что клеточным фундаментом является мембранный принцип. Получается, что все клетки образованы из мембран, которые состоят из двойного слоя фосфолипидов, куда с наружной и внутренней стороны погружены молекулы белков.

Какое свойство характерно для всех типов клеток: одинаковое строение, а также функционал — регулирование процесса обмена веществ, использование собственного генетического материала (наличие ДНК и РНК), получение и расход энергии.

Строение клетки

В основе структурной организации клетки выделяются следующие элементы, выполняющие определенную функцию:

  • мембрана — клеточная оболочка, состоит из жиров и протеинов. Ее основная задача – отделять вещества, находящиеся внутри, от внешней среды. Структуру имеет полупроницаемую: способна пропускать кислород и оксид углерода;
  • ядро – центральная область и главный компонент, отделяется от других элементов мембраной. Именно внутри ядра находится информация о росте и развитии , генетический материал, представленный в виде молекул ДНК, входящих в состав хромосом;
  • цитоплазма — это жидкая субстанция, образующая внутреннюю среду, где происходят разнообразные жизненно важные процессы, содержит в себе очень много важных компонентов.

Из чего состоит клеточное содержимое, каковы функции цитоплазмы и ее основных компонентов:

  1. Рибосома — важнейший органоид, который необходим для процессов биосинтеза белков из аминокислот, белки выполняют огромное количество жизненно важных задач.
  2. Митохондрии – ещё один компонент, находящийся внутри цитоплазмы. Его можно описать одним словосочетанием – энергетический источник. Их функция заключается в обеспечении компонентов питанием для дальнейшего производства энергии.
  3. Аппарат Гольджи состоит из 5 – 8 мешочков, которые соединены между собой. Основная задача этого аппарата – передача протеинов в другие части клетки для обеспечения энергетического потенциала.
  4. Очистку от повреждённых элементов производят лизосомы.
  5. Транспортировкой занимается эндоплазматическая сеть, по которой белки перемещают молекулы полезных веществ.
  6. Центриоли отвечают за воспроизводство.

Ядро

Поскольку ядро — клеточный центр, поэтому следует уделить его строению и функциям особое внимание. Данный компонент является важнейшим элементом для всех клеток: содержит наследственные признаки. Без ядра стали бы невозможными процессы размножения и передачи генетической информации. Посмотрите на рисунок, изображающий строение ядра.

  • Ядерная оболочка, которая выделена сиреневым цветом, пропускает внутрь нужные веществам и выпускает обратно через поры — маленькие отверстия.
  • Плазма представляет собой вязкую субстанцию, в ней находятся все остальные ядерные компоненты.
  • ядро размещается в самом центре, имеет форму сферы. Его главная функция – образование новых рибосом.
  • Если рассмотреть центральную часть клетки в разрезе, то можно увидеть малозаметные синие переплетения — хроматин, главное вещество, который состоит из комплекса белков и длинных нитей ДНК, несущих в себе необходимую информацию.

Клеточная мембрана

Давайте подробнее рассмотрим работу, строение и функции этого компонента. Ниже представлена таблица, наглядно показывающая важность внешней оболочки.

Название органоида Строение органоида Функции органоида
Наружная клеточная мембрана Очень тонкая плёнка, которая состоит из двух молекулярных слоев белка, а также из слоя липидов. Также присутствуют поры, через которые могут проникать некоторые вещества Мембрана отделяет клетку от внешней среды, но обладает полупроницаемостью. Регулирует поступление веществ в клетку, и обеспечивает обмен веществ между клеткой и окружающей средой.

Строение мембраны

Хлоропласты

Это ещё один наиважнейший компонент. Но почему о хлоропластах не было упомянуто раньше, спросите вы. Да потому, что этот компонент содержится только в клетках растений. Главное различие между животными и растениями заключается в способе питания: у животных оно гетеротрофное, а у растений автотрофное. Это означает, что животные не способны создавать, то есть синтезировать органические вещества из неорганических – они питаются готовыми органическими веществами. Растения же, напротив, способны осуществлять процесс фотосинтеза и содержат особые компоненты — хлоропласты. Это пластиды зеленого оттенка, содержащие вещество хлорофилл. С его участием энергия света преобразуется в энергию химических связей органических веществ.

[warning]Интересно! Хлоропласты в большом объеме сосредоточены главным образом в надземной части растений — зелёных плодах и листьях.[/warning]

Если вам зададут вопрос: назовите важную особенность строения органических соединений клетки, то ответ можно дать следующий.

  • многие из них содержат атомы углерода, которые обладают различными химическими и физическими свойствами, а также способны соединяться друг с другом;
  • являются носителями, активными участниками разнообразных процессов, протекающих в организмах, либо являются их продуктами. Имеются ввиду гормоны, разные ферменты, витамины;
  • могут образовывать цепи и кольца, что обеспечивает многообразие соединений;
  • разрушаются при нагревании и взаимодействии с кислородом;
  • атомы в составе молекул объединяются друг с другом с помощью ковалентных связей, не разлагаются на ионы и потому медленно взаимодействуют, реакции между веществами протекают очень долго — по нескольку часов и даже дней.

Строение хлоропласт

Ткани

Клетки могут существовать по одной, как в одноклеточных организмах, но чаще всего они объединяются в группы себе подобных и образуют различные тканевые структуры, из которых и состоит организм. В теле человека существует несколько видов тканей:

  • эпителиальная – сосредоточена на поверхности кожных покровов, органов, элементов пищеварительного тракта и дыхательной системы;
  • мышечная — мы двигаемся благодаря сокращению мышц нашего тела, осуществляем разнообразные движения: от простейшего шевеления мизинцем, до скоростного бега. Кстати, биение сердца тоже происходит за счёт сокращения мышечной ткани;
  • соединительная ткань составляет до 80 процентов массы всех органов и играет защитную и опорную роль;
  • нервная — образует нервные волокна. Благодаря ей по организму проходят различные импульсы.

Соединительная ткань

Процесс воспроизводства

На протяжении всей жизни организма происходит митоз – так называют процесс деления, состоящий из четырёх стадий:

  1. Профаза. Две центриоли клетки делятся и направляются в противоположные стороны. Одновременно с этим хромосомы образуют пары, а оболочка ядра начинает разрушаться.
  2. Вторая стадия получила название метафазы. Хромосомы располагаются между центриолями, постепенно внешняя оболочка ядра полностью исчезает.
  3. Анафаза является третьей стадией, на протяжении которой продолжается движение центриолей в противоположном друг от друга направлении, а отдельные хромосомы также следуют за центриолями и отодвигаются друг от друга. Начинает сжиматься цитоплазма и вся клетка.
  4. Телофаза – окончательная стадия. Цитоплазма сжимается до тех пор, пока не появятся две одинаковые новые клетки. Формируется новая мембрана вокруг хромосом и появляется одна пара центриолей у каждой новой клетки.

[warning]Интересно! Клетки у эпителия делятся быстрее, чем у костной ткани. Все зависит от плотности тканей и других характеристик. Средняя продолжительность жизни основных структурных единиц составляет 10 дней.[/warning]

Строение клетки

 

Строение клетки. Строение и функции клетки. Жизнь клетки.

Вывод

Вы узнали каково строение клетки — самой важной составляющей организма. Миллиарды клеток составляют удивительно мудро организованную систему, которая обеспечивает работоспособность и жизнедеятельность всех представителей животного и растительного мира.

Клетка под световым микроскопом: строение, методы изучения клетки

Каждый живой организм состоит клетки, как основного «кирпичика» всего живого. Впервые клетка была открыта американским ученым, изобретателем и испытателем Робертом Гуком. Именно этот ученый и придумал непосредственно сам термин. Еще 350 лет назад именно он, изучая винную пробку, выявил и обнаружил, что состоит она из целого ряда ячеек, напоминающих соты, которые и впоследствии были именуемые клеткой. После этого открытия многие ученые занимались изучением клетки. Открытие в строении клетки внесли такие ученые, как Левенгук, Роберт Броун, Пуркине, Марчеелло и прочее. Сейчас считается, что изучение клетки под световым микроскопом – простое дело, которое может сделать каждый, но в то время — это задание было сложное и под силу не каждому ученому.

Если говорить о строении клетки, то стоит помнить, что строение животной клетки и растительной имеют свои отличия. Для изучения строения клетки растений ученые используют лук. Более подробно о том, как проводится исследование, мы расскажем в другой статье. А вот изучать строение клеток животного происхождения лучше всего на кусочке мяса. Что касается человеческих клеток, то в этом случае ученые рекомендуют использовать уже готовые препараты. На сегодня существуют такие микроскопы (например Olympus BX 43), с помощью которых удается изучить не только кровеносную и лимфатическую систему, но и клетки нервной системы, кожи, мышц и прочее.

Исследование клеток в домашних условиях можно с помощью электронного или оптического микроскопа, которые доступны каждому в любом интернет магазине. У нас Вы можете не только приобрести микроскоп, но и получить совершенно бесплатную консультацию по его выбору, узнать все характеристики интересующей Вас модели. Для начала работы в домашних условиях идеальным решением будет микроскоп начального уровня. Но если у Вас есть возможность и опыт работы с микроскопами большого увеличения, то приобретение такого микроскопа будет не лишним.

Итак, детально остановимся на изучении клетки под электронным микроскопом. Как мы сказали уже выше, оптимальным препаратом для изучения будет клетка лука. Поместив препарат под микроскоп обращает на себя внимание то, видны отдельные прямоугольники, между которыми определяются стенки. Это и есть не что иное, как клетка. Благодаря тому, что стенки клеток у лука плотные и упругие, они не деформируются и не изменяют свою форму. Но есть и такие растения, у которых клеточные стенки настолько тонки и хрупкие, что легко приводит к ее повреждению. Это, например, наблюдается у апельсина. А вот клетки дуба или другого дерева разрушить намного сложнее.

В каждой отдельной клетке видно содержимое, которое носит название цитоплазмы, а то пространство, что заполнено клеточным соком – это вакуоль. В центре каждой клетки видно клеточное ядро. Если для изучения используется клетка зеленого растения, то внутри ее видны отдельные хлоропласты, принимающие участие в фотосинтезе и отвечающие за цвет растения.

Клетки животного происхождения лучше всего изучать на поперечном срезе кусочка мяса. Поместив препарат под микроскоп каждый сможет увидеть клетки круглой или овальной формы, внутри которых содержаться волокна. Увидеть хлоропластов в таких клетках невозможно, так как они в них отсутствуют.

Для изучения человеческих клеток отлично подходит препарат из клеток крови. Его Вы можете найти в наборе с микроскопом, приобрести или приготовить самостоятельно. Поместив микропрепарат под световой микроскоп видны множественные мелкие пятна, которые и являются эритроцитами. Красные кровяные тельца в организме человека выполняют самую важную роль – доставляют кислород ко всем органам. Посмотрев более внимательно можно увидеть, что внутри клетки отсутствует ядро. Но помимо красных кровяных клеток в препарате крови можно увидеть и клетки, содержащие темно-синие ядра. Это так называемые иммунные клетки, которые защищают человеческий организм от всех заболеваний.

Помните, что каждая клетка имеет отличия от другой и не является идентичной и похожей на такую же.

Клетка как биологическая система (соответствие) | ЕГЭ по биологии

Строение клетки. Взаимосвязь строения и функций частей и органоидов клетки — основа ее целостности

Строение клетки

Строение прокариотических и эукариотических клеток

Основными структурными компонентами клеток являются плазматическая мембрана, цитоплазма и наследственный аппарат. В зависимости от особенностей организации различают два основных типа клеток: прокариотические и эукариотические. Главным отличием прокариотических клеток от эукариотических является организация их наследственного аппарата: у прокариот он находится непосредственно в цитоплазме (эта область цитоплазмы называется нуклеоидом) и не отделен от нее мембранными структурами, тогда как у эукариот бульшая часть ДНК сосредоточена в ядре, окруженном двойной мембраной. Кроме того, генетическая информация прокариотических клеток, находящаяся в нуклеоиде, записана в кольцевой молекуле ДНК, а у эукариот молекулы ДНК незамкнутые.

В отличие от эукариот, цитоплазма прокариотических клеток содержит также небольшое количество органоидов, тогда как для эукариотических характерно значительное разнообразие этих структур.

Строение и функции биологических мембран

Строение биомембраны. Мембраны, ограничивающие клетки и мембранные органоиды эукариотических клеток, имеют общий химический состав и строение. В их состав входят липиды, белки и углеводы. Липиды мембраны представлены в основном фосфолипидами и холестерином. Большинство белков мембран относится к сложным белкам, например гликопротеинам. Углеводы не встречаются в мембране самостоятельно, они связаны с белками и липидами. Толщина мембран составляет 7–10 нм.

Согласно общепринятой в настоящее время жидкостно-мозаичной модели строения мембран, липиды образуют двойной слой, или липидный бислой, в котором гидрофильные «головки» молекул липидов обращены наружу, а гидрофобные «хвосты» спрятаны вовнутрь мембраны. Эти «хвосты» благодаря своей гидрофобности обеспечивают разделение водных фаз внутренней среды клетки и ее окружения. С липидами с помощью различных типов взаимодействия связаны белки. Часть белков расположена на поверхности мембраны. Такие белки называют периферическими, или поверхностными. Другие белки частично или полностью погружены в мембрану — это интегральные, или погруженные белки. Белки мембран выполняют структурную, транспортную, каталитическую, рецепторную и другие функции.

Мембраны не похожи на кристаллы, их компоненты постоянно находятся в движении, вследствие чего между молекулами липидов возникают разрывы — поры, через которые в клетку могут попадать или покидать ее различные вещества.

Биологические мембраны различаются по расположению в клетке, химическому составу и выполняемым функциям. Основные типы мембран — плазматическая и внутренние. Плазматическая мембрана содержит около 45 % липидов (в т. ч. гликолипидов), 50 % белков и 5 % углеводов. Цепочки углеводов, входящих в состав сложных белков-гликопротеинов и сложных липидов-гликолипидов, выступают над поверхностью мембраны. Гликопротеины плазмалеммы чрезвычайно специфичны. Так, например, по ним происходит взаимное узнавание клеток, в том числе сперматозоида и яйцеклетки.

На поверхности животных клеток углеводные цепочки образуют тонкий поверхностный слой — гликокаликс. Он выявлен почти во всех животных клетках, но степень его выраженности неодинакова (10–50 мкм). Гликокаликс обеспечивает непосредственную связь клетки с внешней средой, в нем происходит внеклеточное пищеварение; в гликокаликсе размещены рецепторы. Клетки бактерий, растений и грибов, помимо плазмалеммы, окружены еще и клеточными оболочками.

Внутренние мембраны эукариотических клеток разграничивают различные части клетки, образуя своеобразные «отсеки» — компартменты, что способствует разделению различных процессов обмена веществ и энергии. Они могут различаться по химическому составу и выполняемым функциям, но общий план строения у них сохраняется.

Функции мембран:

  1. Ограничивающая. Заключается в том, что они отделяют внутреннее пространство клетки от внешней среды. Мембрана является полупроницаемой, то есть ее свободно преодолевают только те вещества, которые необходимы клетке, при этом существуют механизмы транспорта необходимых веществ.
  2. Рецепторная. Связана в первую очередь с восприятием сигналов окружающей среды и передачей этой информации внутрь клетки. За эту функцию отвечают специальные белки-рецепторы. Мембранные белки отвечают еще и за клеточное узнавание по принципу «свой-чужой», а также за образование межклеточных соединений, наиболее изученными из которых являются синапсы нервных клеток.
  3. Каталитическая. На мембранах расположены многочисленные ферментные комплексы, вследствие чего на них происходят интенсивные синтетические процессы.
  4. Энерготрансформирующая. Связана с образованием энергии, ее запасанием в виде АТФ и расходованием.
  5. Компартментализация. Мембраны разграничивают также пространство внутри клетки, разделяя тем самым исходные вещества реакции и ферменты, которые могут осуществлять соответствующие реакции.
  6. Образование межклеточных контактов. Несмотря на то, что толщина мембраны настолько мала, что ее невозможно различить невооруженным глазом, она, с одной стороны, служит достаточно надежным барьером для ионов и молекул, в особенности водорастворимых, а с другой — обеспечивает их перенос в клетку и наружу.
  7. Транспортная.

Мембранный транспорт. В связи с тем, что клетки как элементарные биологические системы являются открытыми системами, для обеспечения обмена веществ и энергии, поддержания гомеостаза, роста, раздражимости и других процессов требуется перенос веществ через мембрану — мембранный транспорт. В настоящее время транспорт веществ через мембрану клетки делят на активный, пассивный, эндо- и экзоцитоз.

Пассивный транспорт — это вид транспорта, который происходит без затраты энергии от большей концентрации к меньшей. Растворимые в липидах небольшие неполярные молекулы (О2, СО2) легко проникают в клетку путем простой диффузии. Нерастворимые же в липидах, в том числе заряженные небольшие частицы, подхватываются белкамипереносчиками или проходят через специальные каналы (глюкоза, аминокислоты, К+, PO43-). Такой вид пассивного транспорта называется облегченной диффузией. Вода поступает в клетку через поры в липидной фазе, а также по специальным каналам, выстланным белками. Транспорт воды через мембрану называется осмосом.

Осмос имеет чрезвычайно важное значение в жизни клетки, так как если ее поместить в раствор с более высокой концентрацией солей, чем в клеточном растворе, то вода начнет выходить из клетки, и объем живого содержимого начнет уменьшаться. У животных клеток происходит съеживание клетки в целом, а у растительных — отставание цитоплазмы от клеточной стенки, которое называется плазмолизом. При помещении клетки в менее концентрированный, чем цитоплазма, раствор, транспорт воды происходит в обратном направлении — в клетку. Однако существуют пределы растяжимости цитоплазматической мембраны, и животная клетка в конце концов разрывается, а у растительной этого не позволяет сделать прочная клеточная стенка. Явление заполнения клеточным содержимым всего внутреннего пространства клетки называется деплазмолизом. Внутриклеточную концентрацию солей следует учитывать при приготовлении лекарственных препаратов, особенно для внутривенного введения, так как это может приводить к повреждению клеток крови (для этого используют физиологический раствор с концентрацией 0,9 % хлорида натрия). Это не менее важно при культивировании клеток и тканей, а также органов животных и растений.

Активный транспорт протекает с затратой энергии АТФ от меньшей концентрации вещества к большей. Он осуществляется с помощью специальных белков-насосов. Белки перекачивают через мембрану ионы К+, Na+, Са2+ и другие, что способствует транспорту важнейших органических веществ, а также возникновению нервных импульсов и т. д.

Эндоцитоз — это активный процесс поглощения веществ клеткой, при котором мембрана образует впячивания, а затем формирует мембранные пузырьки — фагосомы, в которых заключены поглощаемые объекты. Затем с фагосомой сливается первичная лизосома, и образуется вторичная лизосома, или фаголизосома, или пищеварительная вакуоль. Содержимое пузырька расщепляется ферментами лизосом, а продукты расщепления поглощаются и усваиваются клеткой. Непереваренные остатки удаляются из клетки путем экзоцитоза. Различают два основных вида эндоцитоза: фагоцитоз и пиноцитоз.

Фагоцитоз — это процесс захвата клеточной поверхностью и поглощения клеткой твердых частиц, а пиноцитоз — жидкости. Фагоцитоз протекает в основном в животных клетках (одноклеточные животные, лейкоциты человека), он обеспечивает их питание, а часто и защиту организма . Путем пиноцитоза происходит поглощение белков, комплексов антиген-антитела в процессе иммунных реакций и т. д. Однако путем пиноцитоза или фагоцитоза в клетку также попадают многие вирусы. В клетках растений и грибов фагоцитоз практически невозможен, так как они окружены прочными клеточными оболочками.

Экзоцитоз — процесс, обратный эндоцитозу. Таким образом выделяются непереваренные остатки пищи из пищеварительных вакуолей, выводятся необходимые для жизнедеятельности клетки и организма в целом вещества. Например, передача нервных импульсов происходит благодаря выделению посылающим импульс нейроном химических посредников — медиаторов, а в растительных клетках так выделяются вспомогательные углеводы клеточной оболочки.

Клеточные оболочки клеток растений, грибов и бактерий. Снаружи от мембраны клетка может выделять прочный каркас — клеточную оболочку, или клеточную стенку.

У растений основу клеточной оболочки составляет целлюлоза, упакованная в пучки по 50–100 молекул. Промежутки между ними заполняют вода и другие углеводы. Оболочка растительной клетки пронизана канальцами — плазмодесмами, через которые проходят мембраны эндоплазматической сети. По плазмодесмам осуществляется транспорт веществ между клетками. Однако транспорт веществ, например воды, может происходить и по самим клеточным стенкам. Со временем в клеточной оболочке растений накапливаются различные вещества, в том числе дубильные или жироподобные, что приводит к одревеснению или опробковению самой клеточной стенки, вытеснению воды и отмиранию клеточного содержимого. Между клеточными стенками соседних клеток растений располагаются желеобразные прокладки — срединные пластинки, которые скрепляют их между собой и цементируют тело растения в целом. Они разрушаются только в процессе созревания плодов и при опадании листьев.

Клеточные стенки клеток грибов образованы хитином — углеводом, содержащим азот. Они достаточно прочны и являются внешним скелетом клетки, но все же, как и у растений, препятствуют фагоцитозу.

У бактерий в состав клеточной стенки входит углевод с фрагментами пептидов — муреин, однако его содержание существенно различается у разных групп бактерий. Поверх от клеточной стенки могут выделяться также иные полисахариды, образующие слизистую капсулу, защищающую бактерии от внешних воздействий.

Оболочка определяет форму клетки, служит механической опорой, выполняет защитную функцию, обеспечивает осмотические свойства клетки, ограничивая растяжение живого содержимого и предотвращая разрыв клетки, увеличивающейся вследствие поступления воды. Кроме того, клеточную стенку преодолевают вода и растворенные в ней вещества, прежде чем попасть в цитоплазму или, наоборот, при выходе из нее, при этом по клеточным стенкам вода транспортируется быстрее, чем по цитоплазме.

Цитоплазма

Цитоплазма — это внутреннее содержимое клетки. В нее погружены все органоиды клетки, ядро и разнообразные продукты жизнедеятельности.

Цитоплазма связывает все части клетки между собой, в ней протекают многочисленные реакции обмена веществ. Цитоплазма отделяется от окружающей среды и делится на отсеки мембранами, то есть клеткам присуще мембранное строение. Она может находиться в двух состояниях — золя и геля. Золь — это полужидкое, киселеобразное состояние цитоплазмы, при котором процессы жизнедеятельности протекают наиболее интенсивно, а гель — более плотное, студнеобразное состояние, затрудняющее протекание химических реакций и транспорт веществ.

Жидкая часть цитоплазмы без органоидов называется гиалоплазмой. Гиалоплазма, или цитозоль, представляет собой коллоидный раствор, в котором находится своеобразная взвесь достаточно крупных частиц, например белков, окруженных диполями молекул воды. Осаждения этой взвеси не происходит вследствие того, что они имеют одинаковый заряд и отталкиваются друг от друга.

Органоиды

Органоиды — это постоянные компоненты клетки, выполняющие определенные функции.

В зависимости от особенностей строения их делят на мембранные и немембранные. Мембранные органоиды, в свою очередь, относят к одномембранным (эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи и лизосомы) или двумембранным (митохондрии, пластиды и ядро). Немембранными органоидами являются рибосомы, микротрубочки, микрофиламенты и клеточный центр. Прокариотам из перечисленных органоидов присущи только рибосомы.

Строение и функции ядра. Ядро — крупный двумембранный органоид, лежащий в центре клетки или на ее периферии. Размеры ядра могут колебаться в пределах 3–35 мкм. Форма ядра чаще сферическая или эллипсоидная, однако имеются также палочковидные, веретеновидные, бобовидные, лопастные и даже сегментированные ядра. Некоторые исследователи считают, что форма ядра соответствует форме самой клетки.

Большинство клеток имеет одно ядро, но, например, в клетках печени и сердца их может быть два, а в ряде нейронов — до 15. Волокна скелетных мышц содержат обычно много ядер, однако они не являются клетками в полном смысле этого слова, поскольку образуются в результате слияния нескольких клеток.

Ядро окружено ядерной оболочкой, а его внутреннее пространство заполнено ядерным соком, или нуклеоплазмой (кариоплазмой), в которую погружены хроматин и ядрышко. Ядро выполняет такие важнейшие функции, как хранение и передача наследственной информации, а также контроль жизнедеятельности клетки.

Роль ядра в передаче наследственной информации была убедительно доказана в экспериментах с зеленой водорослью ацетабулярией. В единственной гигантской клетке, достигающей в длину 5 см, различают шляпку, ножку и ризоид. При этом она содержит только одно ядро, расположенное в ризоиде. В 1930-е годы И. Хеммерлинг пересадил ядро одного вида ацетабулярии с зеленой окраской в ризоид другого вида, с коричневой окраской, у которого ядро было удалено. Через некоторое время у растения с пересаженным ядром выросла новая шляпка, как у водоросли- донора ядра. В то же время отделенные от ризоида шляпка или ножка, не содержащие ядра, через некоторое время погибали.

Ядерная оболочка образована двумя мембранами — наружной и внутренней, между которыми есть пространство. Межмембранное пространство сообщается с полостью шероховатой эндоплазматической сети, а наружная мембрана ядра может нести рибосомы. Ядерная оболочка пронизана многочисленными порами, окантованными специальными белками. Через поры происходит транспорт веществ: в ядро попадают необходимые белки (в т. ч. ферменты), ионы, нуклеотиды и другие вещества, и покидают его молекулы РНК, отработанные белки, субъ единицы рибосом. Таким образом, функциями ядерной оболочки являются отделение содержимого ядра от цитоплазмы, а также регуляция обмена веществ между ядром и цитоплазмой.

Нуклеоплазмой называют содержимое ядра, в которое погружены хроматин и ядрышко. Она представляет собой коллоидный раствор, по химическому составу напоминающий цитоплазму. Ферменты нуклеоплазмы катализируют обмен аминокислот, нуклеотидов, белков и др. Нуклеоплазма связана с гиалоплазмой через ядерные поры. Функции нуклеоплазмы, как и гиалоплазмы, состоят в обеспечении взаимосвязи всех структурных компонентов ядра и осуществлении ряда ферментных реакций.

Хроматином называют совокупность тонких нитей и гранул, погруженных в нуклеоплазму. Выявить его можно только при окрашивании, так как коэффициенты преломления хроматина и нуклеоплазмы приблизительно одинаковы. Нитчатый компонент хроматина называют эухроматином, а гранулярный — гетерохроматином. Эухроматин слабо уплотнен, поскольку с него считывается наследственная информация, тогда как более спирализованный гетерохроматин является генетически неактивным.

Хроматин представляет собой структурное видоизменение хромосом в неделящемся ядре. Таким образом, хромосомы постоянно присутствуют в ядре, изменяется лишь их состояние в зависимости от функции, которую ядро выполняет в данный момент.

В состав хроматина в основном входят белки-нуклеопротеины (дезоксирибонуклеопротеины и рибонуклеопротеины), а также ферменты, важнейшие из которых связаны с синтезом нуклеиновых кислот, и некоторые другие вещества.

Функции хроматина состоят, во-первых, в синтезе специфических для данного организма нуклеиновых кислот, которые направляют синтез специфических белков, во-вторых, в передаче наследственных свойств от материнской клетки дочерним, для чего хроматиновые нити в процессе деления упаковываются в хромосомы.

Ядрышко — сферическое, хорошо заметное под микроскопом тельце диаметром 1–3 мкм. Оно формируется на участках хроматина, в которых закодирована информация о структуре рРНК и белках рибосом. Ядрышко в ядре часто одно, однако в тех клетках, где происходят интенсивные процессы жизнедеятельности, ядрышек может быть два и более. Функции ядрышек — синтез рРНК и сборка субъединиц рибосом путем объединения рРНК с белками, поступающими из цитоплазмы.

Митохондрии — двумембранные органоиды округлой, овальной или палочковидной формы, хотя встречаются и спиралевидные (в сперматозоидах). Диаметр митохондрий составляет до 1 мкм, а длина — до 7 мкм. Пространство внутри митохондрий заполнено матриксом. Матрикс — это основное вещество митохондрий. В него погружены кольцевая молекула ДНК и рибосомы. Наружная мембрана митохондрий гладкая, она непроницаема для многих веществ. Внутренняя мембрана имеет выросты — кристы, увеличивающие площадь поверхности мембран для протекания химических реакций. На поверхности мембраны расположены многочисленные белковые комплексы, составляющие так называемую дыхательную цепь, а также грибовидные ферменты АТФ-синтетазы. В митохондриях протекает аэробный этап дыхания, в ходе которого происходит синтез АТФ.

Пластиды — крупные двумембранные органоиды, характерные только для растительных клеток. Внутреннее пространство пластид заполнено стромой, или матриксом. В строме находится более или менее развитая система мембранных пузырьков — тилакоидов, которые собраны в стопки — граны, а также собственная кольцевая молекула ДНК и рибосомы. Различают четыре основных типа пластид: хлоропласты, хромопласты, лейкопласты и пропластиды.

Хлоропласты — это зеленые пластиды диаметром 3–10 мкм, хорошо различимые под микроскопом. Они содержатся только в зеленых частях растений — листьях, молодых стеблях, цветках и плодах. Хлоропласты в основном имеют овальную или эллипсоидную формы, но могут быть также чашевидными, спиралевидными и даже лопастными. Количество хлоропластов в клетке в среднем составляет от 10 до 100 штук. Однако, например, у некоторых водорослей он может быть один, иметь значительные размеры и сложную форму — тогда его называют хроматофором. В других случаях количество хлоропластов может достигать нескольких сотен, при этом их размеры невелики. Окраска хлоропластов обусловлена основным пигментом фотосинтеза — хлорофиллом, хотя в них содержатся и дополнительные пигменты — каротиноиды. Каротиноиды становятся заметными только осенью, когда хлорофилл в стареющих листьях разрушается. Основной функцией хлоропластов является фотосинтез. Световые реакции фотосинтеза протекают на мембранах тилакоидов, на которых закреплены молекулы хлорофилла, а темновые реакции — в строме, где содержатся многочисленные ферменты.

Хромопласты — это желтые, оранжевые и красные пластиды, содержащие пигменты каротиноиды. Форма хромопластов может также существенно варьировать: они бывают трубчатыми, сферическими, кристаллическими и др. Хромопласты придают окраску цветкам и плодам растений, привлекая опылителей и распространителей семян и плодов.

Лейкопласты — это белые или бесцветные пластиды в основном округлой или овальной формы. Они распространены в нефотосинтезирующих частях растений, например в кожице листа, клубнях картофеля и т. д. В них откладываются в запас питательные вещества, чаще всего крахмал, но у некоторых растений это могут быть белки или масло.

Пластиды образуются в растительных клетках из пропластид, которые имеются уже в клетках образовательной ткани и представляют собой небольшие двумембранные тельца. На ранних этапах развития разные виды пластид способны превращаться друг в друга: при попадании на свет лейкопласты клубня картофеля и хромопласты корнеплода моркови зеленеют.

Пластиды и митохондрии называют полуавтономными органоидами клетки, так как они имеют собственные молекулы ДНК и рибосомы, осуществляют синтез белка и делятся независимо от деления клеток. Эти особенности объясняются происхождением от одноклеточных прокариотических организмов. Однако «самостоятельность » митохондрий и пластид является ограниченной, так как их ДНК содержит слишком мало генов для свободного существования, остальная же информация закодирована в хромосомах ядра, что позволяет ему контролировать данные органоиды.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС), или эндоплазматический ретикулум (ЭР), — это одномембранный органоид, представляющий собой сеть мембранных полостей и канальцев, занимающих до 30 % содержимого цитоплазмы. Диаметр канальцев ЭПС составляет около 25–30 нм. Различают два вида ЭПС — шероховатую и гладкую. Шероховатая ЭПС несет рибосомы, на ней происходит синтез белков. Гладкая ЭПС лишена рибосом. Ее функция — синтез липидов и углеводов, а также транспорт, запасание и обезвреживание токсических веществ. Она особенно развита в тех клетках, где происходят интенсивные процессы обмена веществ, например в клетках печени — гепатоцитах — и волокнах скелетных мышц. Вещества, синтезированные в ЭПС, транспортируются в аппарат Гольджи. В ЭПС происходит также сборка мембран клетки, однако их формирование завершается в аппарате Гольджи.

Аппарат Гольджи, или комплекс Гольджи, — одномембранный органоид, образованный системой плоских цистерн, канальцев и отшнуровывающихся от них пузырьков. Структурной единицей аппарата Гольджи является диктиосома — стопка цистерн, на один полюс которой приходят вещества из ЭПС, а с противоположного полюса, подвергшись определенным превращениям, они упаковываются в пузырьки и направляются в другие части клетки. Диаметр цистерн — порядка 2 мкм, а мелких пузырьков — около 20–30 мкм. Основные функции комплекса Гольджи — синтез некоторых веществ и модификация (изменение) белков, липидов и углеводов, поступающих из ЭПС, окончательное формирование мембран, а также транспорт веществ по клетке, обновление ее структур и образование лизосом. Свое название аппарат Гольджи получил в честь итальянского ученого Камилло Гольджи, впервые обнаружившего данный органоид (1898).

Лизосомы — небольшие одномембранные органоиды до 1 мкм в диаметре, в которых содержатся гидролитические ферменты, участвующие во внутриклеточном пищеварении. Мембраны лизосом слабопроницаемы для этих ферментов, поэтому выполнение лизосомами своих функций происходит очень точно и адресно. Так, они принимают активное участие в процессе фагоцитоза, образуя пищеварительные вакуоли, а в случае голодания или повреждения определенных частей клетки переваривают их, не затрагивая иных. Недавно была открыта роль лизосом в процессах клеточной гибели.

Вакуоль — это полость в цитоплазме растительных и животных клеток, ограниченная мембраной и заполненная жидкостью. В клетках простейших обнаруживаются пищеварительные и сократительные вакуоли. Первые принимают участие в процессе фагоцитоза, так как в них происходит расщепление питательных веществ. Вторые обеспечивают поддержание водно-солевого баланса за счет осморегуляции. У многоклеточных животных в основном встречаются пищеварительные вакуоли.

В растительных клетках вакуоли присутствуют всегда, они окружены специальной мембраной и заполнены клеточным соком. Мембрана, окружающая вакуоль, по химическому составу, строению и выполняемым функциям близка к плазматической мембране. Клеточный сок представляет собой водный раствор различных неорганических и органических веществ, в том числе минеральных солей, органических кислот, углеводов, белков, гликозидов, алкалоидов и др. Вакуоль может занимать до 90 % объема клетки и оттеснять ядро на периферию. Эта часть клетки выполняет запасающую, выделительную, осмотическую, защитную, лизосомную и другие функции, поскольку в ней накапливаются питательные вещества и отходы жизнедеятельности, она обеспечивает поступление воды и поддержание формы и объема клетки, а также содержит ферменты расщепления многих компонентов клетки. К тому же биологически активные вещества вакуолей способны препятствовать поеданию этих растений многими животными. У ряда растений за счет разбухания вакуолей происходит рост клетки растяжением.

Вакуоли имеются также и в клетках некоторых грибов и бактерий, однако у грибов они выполняют только функцию осморегуляции, а у цианобактерий поддерживают плавучесть и участвуют в процессах усвоения азота из воздуха.

Рибосомы — небольшие немембранные органоиды диаметром 15–20 мкм, состоящие из двух субъединиц — большой и малой. Субъединицы рибосом эукариот собираются в ядрышке, а затем транспортируются в цитоплазму. Рибосомы прокариот, митохондрий и пластид меньше по величине, чем рибосомы эукариот. В состав субъединиц рибосом входят рРНК и белки.

Количество рибосом в клетке может достигать нескольких десятков миллионов: в цитоплазме, митохондриях и пластидах они находятся в свободном состоянии, а на шероховатой ЭПС — в связанном. Они принимают участие в синтезе белка, в частности, осуществляют процесс трансляции — биосинтеза полипептидной цепи на молекуле иРНК. На свободных рибосомах синтезируются белки гиалоплазмы, митохондрий, пластид и собственные белки рибосом, тогда как на прикрепленных к шероховатой ЭПС рибосомах осуществляется трансляция белков для выведения из клеток, сборки мембран, образования лизосом и вакуолей.

Рибосомы могут находиться в гиалоплазме поодиночке или собираться в группы при одновременном синтезе на одной иРНК сразу нескольких полипептидных цепей. Такие группы рибосом называются полирибосомами, или полисомами.

Микротрубочки — это цилиндрические полые немембранные органоиды, которые пронизывают всю цитоплазму клетки. Их диаметр составляет около 25 нм, толщина стенки — 6–8 нм. Они образованы многочисленными молекулами белка тубулина, которые сначала формируют 13 нитей, напоминающих бусы, а затем собираются в микротрубочку. Микротрубочки образуют цитоплазматическую сеть, которая придает клетке форму и объем, связывают плазматическую мембрану с другими частями клетки, обеспечивают транспорт веществ по клетке, принимают участие в движении клетки и внутриклеточных компонентов, а также в делении генетического материала. Они входят в состав клеточного центра и органоидов движения — жгутиков и ресничек.

Микрофиламенты, или микронити, также являются немембранными органоидами, однако они имеют нитевидную форму и образованы не тубулином, а актином. Они принимают участие в процессах мембранного транспорта, межклеточном узнавании, делении цитоплазмы клетки и в ее движении. В мышечных клетках взаимодействие актиновых микрофиламентов с миозиновыми нитями обеспечивает сокращение.

Микротрубочки и микрофиламенты образуют внутренний скелет клетки — цитоскелет. Он представляет собой сложную сеть волокон, обеспечивающих механическую опору для плазматической мембраны, определяет форму клетки, расположение клеточных органоидов и их перемещение в процессе деления клетки.

Клеточный центр — немембранный органоид, располагающийся в животных клетках вблизи ядра; в растительных клетках он отсутствует. Его длина составляет около 0.2–0.3 мкм, а диаметр — 0.1–0.15 мкм. Клеточный центр образован двумя центриолями, лежащими во взаимно перпендикулярных плоскостях, и лучистой сферой из микротрубочек. Каждая центриоль образована девятью группами микротрубочек, собранных по три, т. е. триплетами. Клеточный центр принимает участие в процессах сборки микротрубочек, делении наследственного материала клетки, а также в образовании жгутиков и ресничек.

Органоиды движения. Жгутики и реснички представляют собой выросты клетки, покрытые плазмалеммой. Основу этих органоидов составляют девять пар микротрубочек, расположенных по периферии, и две свободные микротрубочки в центре. Микротрубочки связаны между собой различными белками, обеспечивающими их согласованное отклонение от оси — колебание. Колебания энергозависимы, то есть на этот процесс тратится энергия макроэргических связей АТФ. Восстановление утраченных жгутиков и ресничек является функцией базальных телец, или кинетосом, расположенных в их основании.

Длина ресничек составляет около 10–15 нм, а жгутиков — 20–50 мкм. За счет строго направленных движений жгутиков и ресничек осуществляется не только движение одноклеточных животных, сперматозоидов и др., но и происходит очистка дыхательных путей, продвижение яйцеклетки по маточным трубам, поскольку все эти части организма человека выстланы реснитчатым эпителием.

Включения

Включения — это непостоянные компоненты клетки, которые образуются и исчезают в процессе ее жизнедеятельности. К ним относят как запасные вещества, например, зерна крахмала или белка в растительных клетках, гранулы гликогена в клетках животных и грибов, волютина у бактерий, капли жира во всех типах клеток, так и отходы жизнедеятельности, в частности, непереваренные в результате фагоцитоза остатки пищи, образующие так называемые остаточные тельца.

Взаимосвязь строения и функций частей и органоидов клетки — основа ее целостности

Каждая из частей клетки, с одной стороны, является обособленной структурой со специфическим строением и функциями, а с другой — компонентом более сложной системы, называемой клеткой. Бульшая часть наследственной информации эукариотической клетки сосредоточена в ядре, однако само ядро не в состоянии обеспечить ее реализацию, поскольку для этого необходимы как минимум цитоплазма, выступающая как основное вещество, и рибосомы, на которых и происходит этот синтез. Большинство рибосом расположено на гранулярной эндоплазматической сети, откуда белки чаще всего транспортируются в комплекс Гольджи, а затем после модификации — в те части клетки, для которых они предназначены, или выводятся наружу. Мембранные упаковки белков и углеводов могут встраиваться в мембраны органоидов и цитоплазматическую мембрану, обеспечивая их постоянное обновление. От комплекса Гольджи отшнуровываются также выполняющие важнейшие функции лизосомы и вакуоли. Например, без лизосом клетки быстро превратились бы в свое образную свалку отработанных молекул и структур.

Протекание всех этих процессов требует энергии, вырабатываемой митохондриями, а у растений — и хлоропластами. И хотя эти органоиды являются относительно автономными, т. к. имеют собственные молекулы ДНК, часть их белков все равно кодируется ядерным геномом и синтезируется в цитоплазме.

Таким образом, клетка представляет собой неразрывное единство составляющих ее компонентов, каждый из которых выполняет свою уникальную функцию.

Обмен веществ и превращения энергии — свойства живых организмов. Энергетический
и пластический обмен, их взаимосвязь. Стадии энергетического обмена. Брожение
и дыхание. Фотосинтез, его значение, космическая роль. Фазы фотосинтеза. Световые
и темновые реакции фотосинтеза, их взаимосвязь. Хемосинтез. Роль хемосинтезирующих
бактерий на Земле

Обмен веществ и превращения энергии — свойства живых организмов

Клетку можно уподобить миниатюрной химической фабрике, на которой происходят сотни и тысячи химических реакций.

Обмен веществ — совокупность химических превращений, направленных на сохранение и самовоспроизведение биологических систем.

Он включает в себя поступление веществ в организм в процессе питания и дыхания, внутриклеточный обмен веществ, или метаболизм, а также выделение конечных продуктов обмена.

Обмен веществ неразрывно связан с процессами превращения одних видов энергии в другие. Например, в процессе фотосинтеза световая энергия запасается в виде энергии химических связей сложных органических молекул, а в процессе дыхания она высвобождается и расходуется на синтез новых молекул, механическую и осмотическую работу, рассеивается в виде тепла и т. д.

Протекание химических реакций в живых организмах обеспечивается благодаря биологическим катализаторам белковой природы — ферментам, или энзимам. Как и другие катализаторы, ферменты ускоряют протекание химических реакций в клетке в десятки и сотни тысяч раз, а иногда и вообще делают их возможными, но не изменяют при этом ни природы, ни свойств конечного продукта (продуктов) реакции и не изменяются сами. Ферменты могут быть как простыми, так и сложными белками, в состав которых, кроме белковой части, входит и небелковая — кофактор (кофермент). Примерами ферментов являются амилаза слюны, расщепляющая полисахариды при длительном пережевывании, и пепсин, обеспечивающий переваривание белков в желудке.

Ферменты отличаются от катализаторов небелковой природы высокой специфичностью действия, значительным увеличением с их помощью скорости реакции, а также возможностью регуляции действия за счет изменения условий протекания реакции либо взаимодействия с ними различных веществ. К тому же и условия, в которых протекает ферментный катализ, существенно отличаются от тех, при которых идет неферментный: оптимальной для функционирования ферментов в организме человека является температура $37°С$, давление должно быть близким к атмосферному, а $рН$ среды может существенно колебаться. Так, для амилазы необходима щелочная среда, а для пепсина — кислая.

Механизм действия ферментов заключается в снижении энергии активации веществ (субстратов), вступающих в реакцию, за счет образования промежуточных фермент-субстратных комплексов.

Энергетический и пластический обмен, их взаимосвязь

Метаболизм складывается из двух одновременно протекающих в клетке процессов: пластического и энергетического обменов.

Пластический обмен (анаболизм, ассимиляция) представляет собой совокупность реакций синтеза, которые идут с затратой энергии АТФ. В процессе пластического обмена синтезируются органические вещества, необходимые клетке. Примером реакций пластического обмена являются фотосинтез, биосинтез белка и репликация (самоудвоение) ДНК.

Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) — это совокупность реакций расщепления сложных веществ до более простых. В результате энергетического обмена выделяется энергия, запасаемая в виде АТФ. Наиболее важными процессами энергетического обмена являются дыхание и брожение.

Пластический и энергетический обмены неразрывно связаны, поскольку в процессе пластического обмена синтезируются органические вещества и для этого необходима энергия АТФ, а в процессе энергетического обмена органические вещества расщепляются и высвобождается энергия, которая затем будет израсходована на процессы синтеза.

Энергию организмы получают в процессе питания, а высвобождают ее и переводят в доступную форму в основном в процессе дыхания. По способу питания все организмы делятся на автотрофов и гетеротрофов. Автотрофы способны самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических, а гетеротрофы используют исключительно готовые органические вещества.

Стадии энергетического обмена

Несмотря на всю сложность реакций энергетического обмена, его условно подразделяют на три этапа: подготовительный, анаэробный (бескислородный) и аэробный (кислородный).

На подготовительном этапе молекулы полисахаридов, липидов, белков, нуклеиновых кислот распадаются на более простые, например, глюкозу, глицерин и жирные кислоты, аминокислоты, нуклеотиды и др. Этот этап может протекать непосредственно в клетках либо в кишечнике, откуда расщепленные вещества доставляются с током крови.

Анаэробный этап энергетического обмена сопровождается дальнейшим расщеплением мономеров органических соединений до еще более простых промежуточных продуктов, например, пировиноградной кислоты, или пирувата. Он не требует присутствия кислорода, и для многих организмов, обитающих в иле болот или в кишечнике человека, является единственным способом получения энергии. Анаэробный этап энергетического обмена протекает в цитоплазме.

Бескислородному расщеплению могут подвергаться различные вещества, однако довольно часто субстратом реакций оказывается глюкоза.{+} + 2Н_2О$.

Образование АТФ из АДФ происходит вследствие прямого переноса фосфат-аниона с предварительно фосфорилированного сахара и называется субстратным фосфорилированием.

Аэробный этап энергетического обмена может происходить только в присутствии кислорода, при этом промежуточные соединения, образовавшиеся в процессе бескислородного расщепления, окисляются до конечных продуктов (углекислого газа и воды) и выделяется большая часть энергии, запасенной в химических связях органических соединений. Она переходит в энергию макроэргических связей 36 молекул АТФ. Этот этап также называется тканевым дыханием. В случае отсутствия кислорода промежуточные соединения превращаются в другие органические вещества, и этот процесс называется брожением.

Дыхание

Механизм клеточного дыхания схематически изображен на рис.

Аэробное дыхание происходит в митохондриях, при этом пировиноградная кислота сначала утрачивает один атом углерода, что сопровождается синтезом одного восстановительного эквивалента $НАДН + Н^{+}$ и молекулы ацетилкофермента А (ацетил-КоА):

$С_3Н_4О_3 + НАД + Н~КоА → СН_3СО~КоА + НАДН + Н^{+} + СО_2↑$.{+}$.

При брожении с помощью микроорганизмов из пировиноградной кислоты могут образоваться также уксусная, масляная, муравьиная кислоты и др.

АТФ, полученная в результате энергетического обмена, расходуется в клетке на различные виды работы: химическую, осмотическую, электрическую, механическую и регуляторную. Химическая работа заключается в биосинтезе белков, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот и других жизненно важных соединений. К осмотической работе относят процессы поглощения клеткой и выведения из нее веществ, которые во внеклеточном пространстве находятся в концентрациях, больших, чем в самой клетке. Электрическая работа тесно взаимосвязана с осмотической, поскольку именно в результате перемещения заряженных частиц через мембраны формируется заряд мембраны и приобретаются свойства возбудимости и проводимости. Механическая работа сопряжена с движением веществ и структур внутри клетки, а также клетки в целом. К регуляторной работе относят все процессы, направленные на координацию процессов в клетке.

Фотосинтез, его значение, космическая роль

Фотосинтезом называют процесс преобразования энергии света в энергию химических связей органических соединений с участием хлорофилла.

В результате фотосинтеза образуется около 150 млрд тонн органического вещества и приблизительно 200 млрд тонн кислорода ежегодно. Этот процесс обеспечивает круговорот углерода в биосфере, не давая накапливаться углекислому газу и препятствуя тем самым возникновению парникового эффекта и перегреву Земли. Образующиеся в результате фотосинтеза органические вещества не расходуются другими организмами полностью, значительная их часть в течение миллионов лет образовала залежи полезных ископаемых (каменного и бурого угля, нефти). В последнее время в качестве топлива начали использовать также рапсовое масло («биодизель») и спирт, полученный из растительных остатков. Из кислорода под действием электрических разрядов образуется озон, который формирует озоновый экран, защищающий все живое на Земле от губительного действия ультрафиолетовых лучей.

Наш соотечественник, выдающийся физиолог растений К. А. Тимирязев (1843–1920) назвал роль фотосинтеза «космической», поскольку он связывает Землю с Солнцем (космосом), обеспечивая приток энергии на планету.

Фазы фотосинтеза. Световые и темновые реакции фотосинтеза, их взаимосвязь

В 1905 году английский физиолог растений Ф. Блэкмен обнаружил, что скорость фотосинтеза не может увеличиваться беспредельно, какой-то фактор ограничивает ее. На основании этого он выдвинул предположение о наличии двух фаз фотосинтеза: световой и темновой. При низкой интенсивности освещения скорость световых реакций возрастает пропорционально нарастанию силы света, и, кроме того, данные реакции не зависят от температуры, поскольку для их протекания не нужны ферменты. Световые реакции протекают на мембранах тилакоид.

Скорость темновых реакций, напротив, возрастает с повышением температуры, однако по достижении температурного порога в $30°С$ этот рост прекращается, что свидетельствует о ферментативном характере указанных превращений, происходящих в строме. Следует отметить, что свет также оказывает на темновые реакции определенное влияние, несмотря на то, что они называются темновыми.

Световая фаза фотосинтеза протекает на мембранах тилакоидов, несущих несколько типов белковых комплексов, основными из которых являются фотосистемы I и II, а также АТФсинтаза. В состав фотосистем входят пигментные комплексы, в которых, кроме хлорофилла, присутствуют и каротиноиды. Каротиноиды улавливают свет в тех областях спектра, в которых этого не делает хлорофилл, а также защищают хлорофилл от разрушения светом высокой интенсивности.

Кроме пигментных комплексов, фотосистемы включают и ряд белков-акцепторов электронов, которые последовательно передают друг другу электроны от молекул хлорофилла. Последовательность этих белков называется электронтранспортной цепью хлоропластов.

С фотосистемой II также ассоциирован специальный комплекс белков, который обеспечивает выделение кислорода в процессе фотосинтеза. Этот кислородвыделяющий комплекс содержит ионы марганца и хлора.{-} + {1}/{2}O_2↑$.

Генетическая информация в клетке. Гены, генетический код и его свойства. Матричный характер реакций биосинтеза. Биосинтез белка и нуклеиновых кислот

Генетическая информация в клетке

Воспроизведение себе подобных является одним из фундаментальных свойств живого. Благодаря этому явлению существует сходство не только между организмами, но и между отдельными клетками, а также их органоидами (митохондриями и пластидами). Материальной основой этого сходства является передача зашифрованной в последовательности нуклеотидов ДНК генетической информации, которая осуществляется благодаря процессам репликации (самоудвоения) ДНК. Реа лизуются все признаки и свойства клеток и организмов благодаря белкам, структуру которых в первую очередь и определяют последовательности нуклеотидов ДНК. Поэтому первостепенное значение в процессах метаболизма играет именно биосинтез нуклеиновых кислот и белка. Структурной единицей наследственной информации является ген.

Гены, генетический код и его свойства

Наследственная информация в клетке не является монолитной, она разбита на отдельные «слова» — гены.

Ген — это элементарная единица генетической информации.

Работы по программе «Геном человека», которые проводились одновременно в нескольких странах и были завершены в начале нынешнего века, дали нам понимание того, что у человека всего около 25–30 тыс. генов, но информация с большей части нашей ДНК не считывается никогда, так как в ней содержится огромное количество бессмысленных участков, повторов и генов, кодирующих признаки, утратившие значение для человека (хвост, оволосение тела и др.). Кроме того, был расшифрован ряд генов, отвечающих за развитие наследственных заболеваний, а также генов-мишеней лекарственных препаратов. Однако практическое применение результатов, полученных в ходе реализации данной программы, откладывается до тех пор, пока не будут расшифрованы геномы большего количества людей и станет понятно, чем же все-таки они различаются.

Гены, кодирующие первичную структуру белка, рибосомальной или транспортной РНК называются структурными, а гены, обеспечивающие активацию или подавление считывания информации со структурных генов, — регуляторными. Однако даже структурные гены содержат регуляторные участки.

Наследственная информация организмов зашифрована в ДНК в виде определенных сочетаний нуклеотидов и их последовательности — генетического кода. Его свойствами являются: триплетность, специфичность, универсальность, избыточность и неперекрываемость. Кроме того, в генетическом коде отсутствуют знаки препинания.

Каждая аминокислота закодирована в ДНК тремя нуклеотидами — триплетом, например, метионин закодирован триплетом ТАЦ, то есть код триплетен. С другой стороны, каждый триплет кодирует только одну аминокислоту, в чем заключается его специфичность или однозначность. Генетический код универсален для всех живых организмов, то есть наследственная информация о белках человека может считываться бактериями и наоборот. Это свидетельствует о единстве происхождения органического мира. Однако 64 комбинациям нуклеотидов по три соответствует только 20 аминокислот, вследствие чего одну аминокислоту может кодировать 2–6 триплетов, то есть генетический код избыточен, или вырожден. Три триплета не имеют соответствующих аминокислот, их называют стоп-кодонами, так как они обозначают окончание синтеза полипептидной цепи.

Последовательность оснований в триплетах ДНК и кодируемые ими аминокислоты

*Стоп-кодон, означающий конец синтеза полипептидной цепи.

Сокращения названий аминокислот:

Ала — аланин

Арг — аргинин

Асн — аспарагин

Асп — аспарагиновая кислота

Вал — валин

Гис — гистидин

Гли — глицин

Глн — глутамин

Глу — глутаминовая кислота

Иле — изолейцин

Лей — лейцин

Лиз — лизин

Мет — метионин

Про — пролин

Сер — серин

Тир — тирозин

Тре — треонин

Три — триптофан

Фен — фенилаланин

Цис — цистеин

Если начать считывание генетической информации не с первого нуклеотида в триплете, а со второго, то произойдет не только сдвижка рамки считывания — синтезированный таким образом белок будет совсем иным не только по последовательности нуклеотидов, но и по структуре и свойствам. Между триплетами отсутствуют какие бы то ни было знаки препинания, поэтому нет никаких препятствий для сдвижки рамки считывания, что открывает простор для возникновения и сохранения мутаций.

Матричный характер реакций биосинтеза

Клетки бактерий способны удваиваться каждые 20–30 минут, а клетки эукариот — каждые сутки и даже чаще, что требует высокой скорости и точности репликации ДНК. Кроме того, каждая клетка содержит сотни и тысячи копий многих белков, особенно ферментов, следовательно, для их воспроизведения неприемлем «штучный» способ их производства. Более прогрессивным способом является штамповка, которая позволяет получить многочисленные точные копии продукта и к тому же снизить его себестоимость. Для штамповки необходима матрица, с которой осуществляется оттиск.

В клетках принцип матричного синтеза заключается в том, что новые молекулы белков и нуклеиновых кислот синтезируются в соответствии с программой, заложенной в структуре ранее существовавших молекул тех же нуклеиновых кислот (ДНК или РНК).

Биосинтез белка и нуклеиновых кислот

Репликация ДНК. ДНК представляет собой двухцепочечный биополимер, мономерами которого являются нуклеотиды. Если бы биосинтез ДНК происходил по принципу ксерокопирования, то неизбежно возникали бы многочисленные искажения и погрешности в наследственной информации, которые в конечном итоге привели бы к гибели новых организмов. Поэтому процесс удвоения ДНК происходит иным, полуконсервативным способом: молекула ДНК расплетается, и на каждой из цепей синтезируется новая цепь по принципу комплементарности. Процесс самовоспроизведения молекулы ДНК, обеспечивающий точное копирование наследственной информации и передачу ее из поколения в поколение, называется репликацией (от лат. репликацио — повторение). В результате репликации образуются две абсолютно точные копии материнской молекулы ДНК, каждая из которых несет по одной копии материнской.

Процесс репликации на самом деле крайне сложен, так как в нем участвует целый ряд белков. Одни из них раскручивают двойную спираль ДНК, другие разрывают водородные связи между нуклеотидами комплементарных цепей, третьи (например, фермент ДНК-полимераза) подбирают по принципу комплементарности новые нуклеотиды и т. д. Образовавшиеся в результате репликации две молекулы ДНК в процессе деления расходятся по двум вновь образующимся дочерним клеткам.

Ошибки в процессе репликации возникают крайне редко, однако если они и происходят, то очень быстро устраняются как ДНК-полимеразами, так и специальными ферментами репарации, поскольку любая ошибка в последовательности нуклеотидов может привести к необратимому изменению структуры и функций белка и, в конечном итоге, неблагоприятно сказаться на жизнеспособности новой клетки или даже особи.

Биосинтез белка. Как образно выразился выдающийся философ XIX века Ф. Энгельс: «Жизнь есть форма существования белковых тел». Структура и свойства белковых молекул определяются их первичной структурой, т. е. последовательностью аминокислот, зашифрованной в ДНК. От точности воспроизведения этой информации зависит не только существование самого полипептида, но и функционирование клетки в целом, поэтому процесс синтеза белка имеет огромное значение. Он, по-видимому, является самым сложным процессом синтеза в клетке, поскольку здесь участвует до трехсот различных ферментов и других макромолекул. Кроме того, он протекает с высокой скоростью, что требует еще большей точности.

В биосинтезе белка выделяют два основных этапа: транскрипцию и трансляцию.

Транскрипция (от лат. транскрипцио — переписывание) — это биосинтез молекул иРНК на матрице ДНК.

Поскольку молекула ДНК содержит две антипараллельных цепи, то считывание информации с обеих цепей привело бы к образованию совершенно различных иРНК, поэтому их биосинтез возможен только на одной из цепей, которую называют кодирующей, или кодогенной, в отличие от второй, некодирующей, или некодогенной. Обеспечивает процесс переписывания специальный фермент РНК-полимераза, который подбирает нуклеотиды РНК по принципу комплементарности. Этот процесс может протекать как в ядре, так и в органоидах, имеющих собственную ДНК, — митохондриях и пластидах.

Синтезированные в процессе транскрипции молекулы иРНК проходят сложный процесс подготовки к трансляции (митохондриальные и пластидные иРНК могут оставаться внутри органоидов, где и происходит второй этап биосинтеза белка). В процессе созревания иРНК к ней присоединяются первые три нуклеотида (АУГ) и хвост из адениловых нуклеотидов, длина которого определяет, сколько копий белка может синтезироваться на данной молекуле. Только потом зрелые иРНК покидают ядро через ядерные поры.

Параллельно в цитоплазме происходит процесс активации аминокислот, в ходе которого аминокислота присоединяется к соответствующей свободной тРНК. Этот процесс катализируется специальным ферментом, на него затрачивается АТФ.

Трансляция (от лат. трансляцио — передача) — это биосинтез полипептидной цепи на матрице иРНК, при котором происходит перевод генетической информации в последовательность аминокислот полипептидной цепи.

Второй этап синтеза белка чаще всего происходит в цитоплазме, например на шероховатой ЭПС. Для его протекания необходимы наличие рибосом, активация тРНК, в ходе которой они присоединяют соответствующие аминокислоты, присутствие ионов Mg2+, а также оптимальные условия среды (температура, рН, давление и т. д.).

Для начала трансляции (инициации) к готовой к синтезу молекуле иРНК присоединяется малая субъединица рибосомы, а затем по принципу комплементарности к первому кодону (АУГ) подбирается тРНК, несущая аминокислоту метионин. Лишь после этого присоединяется большая субъединица рибосомы. В пределах собранной рибосомы оказываются два кодона иРНК, первый из которых уже занят. К соседнему с ним кодону присоединяется вторая тРНК, также несущая аминокислоту, после чего между остатками аминокислот с помощью ферментов образуется пептидная связь. Рибосома передвигается на один кодон иРНК; первая из тРНК, освободившаяся от аминокислоты, возвращается в цитоплазму за следующей аминокислотой, а фрагмент будущей полипептидной цепи как бы повисает на оставшейся тРНК. К новому кодону, оказавшемуся в пределах рибосомы, присоединяется следующая тРНК, процесс повторяется и шаг за шагом полипептидная цепь удлиняется, т. е. происходит ее элонгация.

Окончание синтеза белка (терминация) происходит, как только в молекуле иРНК встретится специфическая последовательность нуклеотидов, которая не кодирует аминокислоту (стоп-кодон). После этого рибосома, иРНК и полипептидная цепь разделяются, а вновь синтезированный белок приобретает соответствующую структуру и транспортируется в ту часть клетки, где он будет выполнять свои функции.

Трансляция является весьма энергоемким процессом, поскольку на присоединение одной аминокислоты к тРНК расходуется энергия одной молекулы АТФ, еще несколько используются для продвижения рибосомы по молекуле иРНК.

Для ускорения синтеза определенных белковых молекул к молекуле иРНК могут присоединяться последовательно несколько рибосом, которые образуют единую структуру — полисому.

Клетка — генетическая единица живого. Хромосомы, их строение (форма и размеры) и функции. Число хромосом и их видовое постоянство. Соматические и половые клетки. Жизненный цикл клетки: интерфаза и митоз. Митоз — деление соматических клеток. Мейоз. Фазы митоза и мейоза. Развитие половых клеток у растений и животных. Деление клетки — основа роста, развития и размножения организмов. Роль мейоза и митоза

Клетка — генетическая единица живого

Несмотря на то, что нуклеиновые кислоты являются носителем генетической информации, реализация этой информации невозможна вне клетки, что легко доказывается на примере вирусов. Данные организмы, содержащие зачастую только ДНК или РНК, не могут самостоятельно воспроизводиться, для этого они должны использовать наследственный аппарат клетки. Даже проникнуть в клетку без помощи самой клетки они не могут, кроме как с использованием механизмов мембранного транспорта или благодаря повреждению клеток. Большинство вирусов нестабильно, они гибнут уже после нескольких часов пребывания на открытом воздухе. Следовательно, клетка является генетической единицей живого, обладающей минимальным набором компонентов для сохранения, изменения и реализации наследственной информации, а также ее передачи потомкам.

Бульшая часть генетической информации эукариотической клетки сосредоточена в ядре. Особенностью ее организации является то, что, в отличие от ДНК прокариотической клетки, молекулы ДНК эукариот не замкнуты и образуют сложные комплексы с белками — хромосомы.

Хромосомы, их строение (форма и размеры) и функции

Хромосома (от греч. хрома — цвет, окраска и сома — тело) — это структура клеточного ядра, которая содержит гены и несет определенную наследственную информацию о признаках и свойствах организма.

Иногда хромосомами называют и кольцевые молекулы ДНК прокариот. Хромосомы способны к самоудвоению, они обладают структурной и функциональной индивидуальностью и сохраняют ее в ряду поколений. Каждая клетка несет всю наследственную информацию организма, но в ней работает только небольшая часть.

Основой хромосомы является двухцепочечная молекула ДНК, упакованная с белками. У эукариот с ДНК взаимодействуют гистоновые и негистоновые белки, тогда как у прокариот гистоновые белки отсутствуют.

Лучше всего хромосомы видны под световым микроскопом в процессе деления клетки, когда они в результате уплотнения приобретают вид палочковидных телец, разделенных первичной перетяжкой — центромеройна плечи. На хромосоме может быть также и вторичная перетяжка, которая в некоторых случаях отделяет от основной части хромосомы так называемый спутник. Концевые участки хромосом называются теломерами. Теломеры препятствуют слипанию концов хромосом и обеспечивают их прикрепление к оболочке ядра в неделящейся клетке. В начале деления хромосомы удвоены и состоят из двух дочерних хромосом — хроматид, скрепленных в центромере.

По форме различают равноплечие, неравноплечие и палочковидные хромосомы. Размеры хромосом существенно варьируют, однако средняя хромосома имеет размеры 5 $×$ 1,4 мкм.

В некоторых случаях хромосомы в результате многочисленных удвоений ДНК содержат сотни и тысячи хроматид: такие гигантские хромосомы называются политенными. Они встречаются в слюнных железах личинок дрозофилы, а также в пищеварительных железах аскариды.

Число хромосом и их видовое постоянство. Соматические и половые клетки

Согласно клеточной теории клетка является единицей строения, жизнедеятельности и развития организма. Таким образом, такие важнейшие функции живого, как рост, размножение и развитие организма обеспечиваются на клеточном уровне. Клетки многоклеточных организмов можно разделить на соматические и половые.

Соматические клетки — это все клетки тела, образующиеся в результате митотического деления.

Изучение хромосом позволило установить, что для соматических клеток организма каждого биологического вида характерно постоянное число хромосом. Например, у человека их 46. Набор хромосом соматических клеток называют диплоидным (2n), или двойным.

Половые клетки, или гаметы, — это специализированные клетки, служащие для полового размножения.

В гаметах содержится всегда вдвое меньше хромосом, чем в соматических клетках (у человека — 23), поэтому набор хромосом половых клеток называется гаплоидным (n), или одинарным. Его образование связано с мейотическим делением клетки.

Количество ДНК соматических клеток обозначается как 2c, а половых — 1с. Генетическая формула соматических клеток записывается как 2n2c, а половых — 1n1с.

В ядрах некоторых соматических клеток количество хромосом может отличаться от их количества в соматических клетках. Если это различие больше на один, два, три и т. д. гаплоидных набора, то такие клетки называют полиплоидными (три-, тетра-, пентаплоидными соответственно). В таких клетках процессы метаболизма протекают, как правило, очень интенсивно.

Количество хромосом само по себе не является видоспецифическим признаком, поскольку различные организмы могут иметь равное количество хромосом, а родственные — разное. Например, у малярийного плазмодия и лошадиной аскариды по две хромосомы, а у человека и шимпанзе — 46 и 48 соответственно.

Хромосомы человека делятся на две группы: аутосомы и половые хромосомы (гетерохромосомы). Аутосом в соматических клетках человека насчитывается 22 пары, они одинаковы для мужчин и женщин, а половых хромосом только одна пара, но именно она определяет пол особи. Существует два вида половых хромосом — X и Y. Клетки тела женщины несут по две X-хромосомы, а мужчин — X и Y.

Кариотип — это совокупность признаков хромосомного набора организма (число хромосом, их форма и величина).

Условная запись кариотипа включает общее количество хромосом, половые хромосомы и возможные отклонения в наборе хромосом. Например, кариотип нормального мужчины записывается как 46, XY, а кариотип нормальной женщины — 46, XX.

Жизненный цикл клетки: интерфаза и митоз

Клетки не возникают каждый раз заново, они образуются только в результате деления материнских клеток. После разделения дочерним клеткам требуется некоторое время для формирования органоидов и приобретения соответствующей структуры, которая обеспечила бы выполнение определенной функции. Этот отрезок времени называется созреванием.

Промежуток времени от появления клетки в результате деления до ее разделения или гибели называется жизненным циклом клетки.

У эукариотических клеток жизненный цикл делится на две основные стадии: интерфазу и митоз.

Интерфаза — это промежуток времени в жизненном цикле, в который клетка не делится и нормально функционирует. Интерфаза делится на три периода: G1-, S- и G2-периоды.

G1-период (пресинтетический, постмитотический) — это период роста и развития клетки, в который происходит активный синтез РНК, белков и других веществ, необходимых для полного жизнеобеспечения вновь образовавшейся клетки. К концу этого периода клетка может начать готовиться к удвоению ДНК.

В S-периоде (синтетическом) происходит сам процесс репликации ДНК. Единственным участком хромосомы, который не подвергается репликации, является центромера, поэтому образовавшиеся молекулы ДНК не расходятся полностью, а остаются скрепленными в ней, и в начале деления хромосома имеет X-образный вид. Генетическая формула клетки после удвоения ДНК — 2n4c. Также в S-периоде происходит удвоение центриолей клеточного центра.

G2-период (постсинтетический, премитотический) характеризуется интенсивным синтезом РНК, белков и АТФ, необходимых для процесса деления клетки, а также разделением центриолей, митохондрий и пластид. До конца интерфазы хроматин и ядрышко остаются хорошо различимыми, целостность ядерной оболочки не нарушается, а органоиды не изменяются.

Часть клеток организма способна выполнять свои функции в течение всей жизни организма (нейроны нашего головного мозга, мышечные клетки сердца), а другие существуют непродолжительное время, после чего погибают (клетки кишечного эпителия, клетки эпидермиса кожи). Следовательно, в организме должны постоянно происходить процессы деления клеток и образования новых, которые замещали бы отмершие. Клетки, способные к делению, называют стволовыми. В организме человека они находятся в красном костном мозге, в глубоких слоях эпидермиса кожи и других местах. Используя эти клетки, можно вырастить новый орган, добиться омоложения, а также клонировать организм. Перспективы использования стволовых клеток совершенно ясны, однако морально-этические аспекты этой проблемы все еще обсуждаются, поскольку в большинстве случаев используются эмбриональные стволовые клетки, полученные из убитых при аборте зародышей человека.

Продолжительность интерфазы в клетках растений и животных составляет в среднем 10– 20 часов, тогда как митоз занимает около 1–2 часов.

В ходе последовательных делений в многоклеточных организмах дочерние клетки становятся все более разнообразными, поскольку в них происходит считывание информации со все большего числа генов.

Некоторые клетки со временем перестают делиться и погибают, что может быть связано с завершением выполнения определенных функций, как в случае клеток эпидермиса кожи и клеток крови или с повреждением этих клеток факторами окружающей среды, в частности возбудителями болезней. Генетически запрограммированная смерть клетки называется апоптозом, тогда как случайная гибель — некрозом.

Митоз — деление соматических клеток. Фазы митоза

Митоз — способ непрямого деления соматических клеток.

Во время митоза клетка проходит ряд последовательных фаз, в результате которых каждая дочерняя клетка получает такой же набор хромосом, как и в материнской клетке.

Митоз делится на четыре основные фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Профаза — наиболее длительная стадия митоза, в процессе которой происходит конденсация хроматина, в результате чего становятся видны X-образные хромосомы, состоящие из двух хроматид (дочерних хромосом). При этом исчезает ядрышко, центриоли расходятся к полюсам клетки, и начинает формироваться ахроматиновое веретено (веретено деления) из микротрубочек. В конце профазы ядерная оболочка распадается на отдельные пузырьки.

В метафазе хромосомы выстраиваются по экватору клетки своими центромерами, к которым прикрепляются микротрубочки полностью сформированного веретена деления. На этой стадии деления хромосомы наиболее уплотнены и имеют характерную форму, что позволяет изучить кариотип.

В анафазе происходит быстрая репликация ДНК в центромерах, вследствие которой хромосомы расщепляются и хроматиды расходятся к полюсам клетки, растягиваемые микротрубочками. Распределение хроматид должно быть абсолютно равным, поскольку именно этот процесс обеспечивает поддержание постоянства числа хромосом в клетках организма.

На стадии телофазы дочерние хромосомы собираются на полюсах, деспирализуются, вокруг них из пузырьков формируются ядерные оболочки, а во вновь образовавшихся ядрах возникают ядрышки.

После деления ядра происходит деление цитоплазмы — цитокинез, в ходе которого и происходит более или менее равномерное распределение всех органоидов материнской клетки.

Таким образом, в результате митоза из одной материнской клетки образуется две дочерних, каждая из которых является генетической копией материнской (2n2c).

В больных, поврежденных, стареющих клетках и специализированных тканях организма может происходить несколько иной процесс деления — амитоз. Амитозом называют прямое деление эукариотических клеток, при котором не происходит образования генетически равноценных клеток, так как клеточные компоненты распределяются неравномерно. Он встречается у растений в эндосперме, а у животных — в печени, хрящах и роговице глаза.

Мейоз. Фазы мейоза

Мейоз — это способ непрямого деления первичных половых клеток (2n2с), в результате которого образуются гаплоидные клетки (1n1с), чаще всего половые.

В отличие от митоза, мейоз состоит из двух последовательных делений клетки, каждому из которых предшествует интерфаза. Первое деление мейоза (мейоз I) называется редукционным, так как при этом количество хромосом уменьшается вдвое, а второе деление (мейоз II) — эквационным, так как в его процессе количество хромосом сохраняется.

Интерфаза I протекает подобно интерфазе митоза. Мейоз I делится на четыре фазы: профазу I, метафазу I, анафазу I и телофазу I. В профазе I происходят два важнейших процесса — конъюгация и кроссинговер. Конъюгация — это процесс слияния гомологичных (парных) хромосом по всей длине. Образовавшиеся в процессе конъюгации пары хромосом сохраняются до конца метафазы I.

Кроссинговер — взаимный обмен гомологичными участками гомологичных хромосом. В результате кроссинговера хромосомы, полученные организмом от обоих родителей, приобретают новые комбинации генов, что обусловливает появление генетически разнообразного потомства. В конце профазы I, как и в профазе митоза, исчезает ядрышко, центриоли расходятся к полюсам клетки, а ядерная оболочка распадается.

В метафазе I пары хромосом выстраиваются по экватору клетки, к их центромерам прикреп ляются микротрубочки веретена деления.

В анафазе I к полюсам расходятся целые гомологичные хромосомы, состоящие из двух хроматид.

В телофазе I вокруг скоплений хромосом у полюсов клетки образуются ядерные оболочки, формируются ядрышки.

Цитокинез I обеспечивает разделение цитоплазм дочерних клеток.

Образовавшиеся в результате мейоза I дочерние клетки (1n2c) генетически разнородны, поскольку их хромосомы, случайным образом разошедшиеся к полюсам клетки, содержат неодинаковые гены.

Сравнительная характеристика митоза и мейоза











Признак Митоз Мейоз
Какие клетки вступают в деление? Соматические (2n) Первичные половые клетки (2n)
Число делений 1 2
Сколько и каких клеток образуется в процессе деления? 2 соматические (2n) 4 половые (n)
Интерфаза Подготовка клетки к делению, удвоение ДНК Подготовка клетки к делению, удвоение ДНК Очень короткая, удвоения ДНК не происходит
Фазы   Мейоз I Мейоз II
Профаза Конденсация хромосом, исчезновение ядрышка, распад ядерной оболочки Конденсация хромосом, исчезновение ядрышка, распад ядерной оболочки, могут происходить конъюгация и кроссинговер Конденсация хромосом, исчезновение ядрышка, распад ядерной оболочки
Метафаза Хромосомы выстраиваются по экватору, формируется веретено деления По экватору располагаются пары хромосом, формируется веретено деления Хромосомы выстраиваются по экватору, формируется веретено деления
Анафаза К полюсам расходятся хроматиды К полюсам расходятся гомологичные хромосомы из двух хроматид К полюсам расходятся хроматиды
Телофаза Хромосомы деспирализуются, формируются новые ядерные оболочки и ядрышки Хромосомы деспирализуются, формируются новые ядерные оболочки и ядрышки Хромосомы деспирализуются, формируются новые ядерные оболочки и ядрышки

Интерфаза II очень короткая, так как в ней не происходит удвоения ДНК, то есть отсутствует S-период.

Мейоз II также делится на четыре фазы: профазу II, метафазу II, анафазу II и телофазу II. В профазе II протекают те же процессы, что и в профазе I, за исключением конъюгации и кроссинговера.

В метафазе II хромосомы располагаются вдоль экватора клетки.

В анафазе II хромосомы расщепляются в центромерах и к полюсам растягиваются уже хроматиды.

В телофазе II вокруг скоплений дочерних хромосом формируются ядерные оболочки и ядрышки.

После цитокинеза II генетическая формула всех четырех дочерних клеток — 1n1c, однако все они имеют различный набор генов, что является результатом кроссинговера и случайного сочетания хромосом материнского и отцовского организмов в дочерних клетках.

Развитие половых клеток у растений и животных

Гаметогенез (от греч. гамете — жена, гаметес — муж и генезис — происхождение, возникновение) — это процесс образования зрелых половых клеток.

Так как для полового размножения чаще всего необходимы две особи — женская и мужская, продуцирующие различные половые клетки — яйцеклетки и спермии, то и процессы образования этих гамет должны быть различны.

Характер процесса в существенной степени зависит и от того, происходит ли он в растительной или животной клетке, поскольку у растений при образовании гамет происходит только митоз, а у животных — и митоз, и мейоз.

Развитие половых клеток у растений. У покрытосеменных растений образование мужских и женских половых клеток происходит в различных частях цветка — тычинках и пестиках соответственно.

Перед образованием мужских половых клеток — микрогаметогенезом (от греч. микрос — маленький) — происходит микроспорогенез, то есть формирование микроспор в пыльниках тычинок. Этот процесс связан с мейотическим делением материнской клетки, в результате которого возникают четыре гаплоидные микроспоры. Микрогаметогенез сопряжен с митотическим делением микроспоры, дающим мужской гаметофит из двух клеток — крупной вегетативной (сифоногенной) и мелкой генеративной. После деления мужской гаметофит покрывается плотными оболочками и образует пыльцевое зерно. В некоторых случаях еще в процессе созревания пыльцы, а иногда только после переноса на рыльце пестика генеративная клетка делится митотически с образованием двух неподвижных мужских половых клеток — спермиев. Из вегетативной клетки после опыления формируется пыльцевая трубка, по которой спермии проникают в завязь пестика для оплодотворения.

Развитие женских половых клеток у растений называется мегагаметогенезом (от греч. мегас — большой). Он происходит в завязи пестика, чему предшествует мегаспорогенез, в результате которого из материнской клетки мегаспоры, лежащей в нуцеллусе, путем мейотического деления формируются четыре мегаспоры. Одна из мегаспор трижды делится митотически, давая женский гаметофит — зародышевый мешок с восемью ядрами. При последующем обособлении цитоплазм дочерних клеток одна из образовавшихся клеток становится яйцеклеткой, по бокам от которой лежат так называемые синергиды, на противоположном конце зародышевого мешка формируются три антипода, а в центре в результате слияния двух гаплоидных ядер образуется диплоидная центральная клетка.

Развитие половых клеток у животных. У животных различают два процесса образования половых клеток — сперматогенез и овогенез.

Сперматогенез (от греч. сперма, сперматос — семя и генезис — происхождение, возникновение) — это процесс образования зрелых мужских половых клеток — сперматозоидов. У человека он протекает в семенниках, или яичках, и делится на четыре периода: размножение, рост, созревание и формирование.

В период размножения первичные половые клетки делятся митотически, вследствие чего образуются диплоидные сперматогонии. В период роста сперматогонии накапливают питательные вещества в цитоплазме, увеличиваются в размерах и превращаются в первичные сперматоциты, или сперматоциты 1-го порядка. Лишь после этого они вступают в мейоз (период созревания), в результате которого образуется сначала два вторичных сперматоцита, или сперматоцита 2-го порядка, а затем — четыре гаплоидных клетки с еще достаточно большим количеством цитоплазмы — сперматиды. В период формирования они утрачивают почти всю цитоплазму и формируют жгутик, превращаясь в сперматозоиды.

Сперматозоиды, или живчики, — очень мелкие подвижные мужские половые клетки, имеющие головку, шейку и хвостик.

В головке, кроме ядра, находится акросома — видоизмененный комплекс Гольджи, обеспечивающий растворение оболочек яйцеклетки в процессе оплодотворения. В шейке находятся центриоли клеточного центра, а основу хвостика образуют микротрубочки, непосредственно обеспечивающие движение сперматозоида. В нем также расположены митохондрии, обеспечивающие сперматозоид энергией АТФ для движения.

Овогенез (от греч. оон — яйцо и генезис — происхождение, возникновение) — это процесс образования зрелых женских половых клеток — яйцеклеток. У человека он происходит в яичниках и состоит из трех периодов: размножения, роста и созревания. Периоды размножения и роста, аналогичные таковым в сперматогенезе, происходят еще во время внутриутробного развития. При этом из первичных половых клеток в результате митоза образуются диплоидные оогонии, которые превращаются затем в диплоидные первичные ооциты, или ооциты 1-го порядка. Мейоз и последующий цитокинез, протекающие в период созревания, характеризуются неравномерностью деления цитоплазмы материнской клетки, так что в итоге сначала получается один вторичный ооцит, или ооцит 2-го порядка, и первое полярное тельце, а затем из вторичного ооцита — яйцеклетка, сохраняющая весь запас питательных веществ, и второе полярное тельце, тогда как первое полярное тельце делится на два. Полярные тельца забирают избыток генетического материала.

У человека яйцеклетки вырабатываются с промежутком 28–29 суток. Цикл, связанный с созреванием и выходом яйцеклеток, называется менструальным.

Яйцеклетка — крупная женская половая клетка, которая несет не только гаплоидный набор хромосом, но и значительный запас питательных веществ для последующего развития зародыша.

Яйцеклетка у млекопитающих покрыта четырьмя оболочками, снижающими вероятность ее повреждения различными факторами. Диаметр яйцеклетки у человека достигает 150–200 мкм, тогда как у страуса он может составлять несколько сантиметров.

Деление клетки — основа роста, развития и размножения организмов. Роль митоза и мейоза

Если у одноклеточных организмов деление клетки приводит к увеличению количества особей, т. е. размножению, то у многоклеточных этот процесс может иметь различное значение. Так, деление клеток зародыша, начиная с зиготы, является биологической основой взаимосвязанных процессов роста и развития. Подобные же изменения наблюдаются у человека в подростковом возрасте, когда число клеток не только увеличивается, но и происходит качественное изменение организма. В основе размножения многоклеточных организмов также лежит деление клетки, например при бесполом размножении благодаря этому процессу из части организма происходит восстановление целостного, а при половом — в процессе гаметогенеза образуются половые клетки, дающие впоследствии новый организм. Следует отметить, что основные способы деления эукариотической клетки — митоз и мейоз — имеют различное значение в жизненных циклах организмов.

В результате митоза происходит равномерное распределение наследственного материала между дочерними клетками — точными копиями материнской. Без митоза было бы невозможным существование и рост многоклеточных организмов, развивающихся из единственной клетки — зиготы, поскольку все клетки таких организмов должны содержать одинаковую генетическую информацию.

В процессе деления дочерние клетки становятся все более разнообразными по строению и выполняемым функциям, что связано с активацией у них все новых групп генов вследствие межклеточного взаимодействия. Таким образом, митоз необходим для развития организма.

Этот способ деления клеток необходим для процессов бесполого размножения и регенерации (восстановления) поврежденных тканей, а также органов.

Мейоз, в свою очередь, обеспечивает постоянство кариотипа при половом размножении, так как уменьшает вдвое набор хромосом перед половым размножением, который затем восстанавливается в результате оплодотворения. Кроме того, мейоз приводит к появлению новых комбинаций родительских генов благодаря кроссинговеру и случайному сочетанию хромосом в дочерних клетках. Благодаря этому потомство получается генетически разнообразным, что дает материал для естественного отбора и является материальной основой эволюции. Изменение числа, формы и размеров хромосом, с одной стороны, может привести к появлению различных отклонений в развитии организма и даже его гибели, а с другой — может привести к появлению особей, более приспособленных к среде обитания.

Таким образом, клетка является единицей роста, развития и размножения организмов.

Живая клетка — Всё для чайников

Живая клетка

Подробности
Категория: Биология

Документальные учебные фильмы. Серия «Биология».

 

КЛЕТКА — ЕДИНИЦА ЖИВОГО

 

Первые наблюдения над клеткой. Изобретение микроскопа и его использование для биологических наблюдений позволило открыть неизвестный до тех пор мир.

Началом изучения клетки можно считать 1665 г., когда английский ученый Роберт Гук впервые увидел в микроскоп на тонком срезе пробки мелкие ячейки; он назвал их клетками (от англ, cell — клетка). По мере усовершенствования микроскопов появлялись все новые сведения о клеточном строении растительных и животных организмов.

К началу XIX в. представления о клеточном строении живых организмов получили широкое распространение и признание. Однако, что собой представляет клетка, как она устроена, какова ее роль для организма, как она произошла и множество других вопросов оставались без ответа.

Появление и развитие клеточной теории. Очень важное открытие в 30-х годах XIX в. сделал шотландский ученый Роберт Броун. Наблюдая в микроскоп строение листа растения, он обнаружил внутри клетки круглое плотное образование, которое назвал ядром. Это было замечательное открытие, поскольку оно создало основу для сопоставления всех клеток.

В 1838 г. немецкий ученый М. Шлейден первым пришел к заключению о том, что ядро является обязательным структурным элементом всех растительных клеток. Познакомившись с этим исследованием, Т. Шванн, соотечественник Шлейдена, был удивлен: точно такие же образования он обнаружил и в животных клетках, изучением которых занимался. Сопоставление большого числа растительных и животных клеток привело его к неожиданному выводу: все клетки, несмотря на их огромное разнообразие, сходны — у них есть ядра.

Обобщив разрозненные факты, Т. Шванн и М. Шлейден сформулировали основное положение клеточной теории: все растительные и животные организмы состоят из клеток, сходных по строению.

Немецкий биолог Рудольф Вирхов спустя 20 лет внес очень важное дополнение в клеточную теорию. Он доказал, что количество клеток в организме увеличивается в результате клеточного деление! т. е. клетка происходит только от клетки.

По определению Ф. Энгельса, клеточная теория явилась одним из великих открытий XIX в. Клеточная теория лежит в основе предтавлении о единстве всего живого, общности его происхождений эволюционного развития. Основные успехи науки о клетке (как впрочем, и любой науки о природе) связаны с усовершенствованием инструментов и развитием методов исследования.

Благодаря дальнейшему усовершенствованию светового микроскопа и методов окраски клеток открытия следовали одно за другим За сравнительно короткое время были выделены и описаны не только ядро и цитоплазма клеток, но и многие заключенные в ней части — органоиды.   

В настоящее время клетку изучают, применяя физические и химические методы исследования и новейшие приборы. Это и электронные микроскопы , дающие увеличение до 1 000 000 раз, и применение специальных красителей, позволяющих избирательно выявить клеточные структуры и др. Для того чтобы изучить химический состав клетки или ее частей, применяют метод центрифугирования. Он основан на том, что разные клеточные органоиды имеют неодинаковую плотность. При очень быстром вращении в ультрацентрифуге различные органоиды предварительно измельченных клеток располагаются слоями: более плотные осаждаются быстрее и оказываются внизу, сверху — наименее плотные. Слои разделяют и изучают отдельно.

С приходом в науку о клетке физических и химических методов исследования началось успешное проникновение в тайны тончайшей организации клетки. Было выявлено удивительное единство в строении клеток разных организмов, доказана неразрывная связь между ее структурой и функцией. Благодаря этому основные положения клеточной теории, сформулированные более ста лет назад, были развиты и углублены.

 


Основные положения клеточной теории на современном этапе развития биологии формулируются так:

1.    Клетка является основной структурной и функциональной единицей жизни. Все организмы состоят из клеток, жизнь организма в целом обусловлена взаимодействием составляющих его клеток
2.    Клетки всех организмов сходны по своему химическому составу, строению и функциям.

3.    Все новые клетки образуются при делении исходных клеток. Остановимся кратко на положениях клеточной теории. Всем
клеткам характерна способность к росту, размножению, дыханию,  выделению, использованию и превращению энергии, они реагируют на раздражение. Таким образом, клетки обладают всей совокупностью свойств, необходимых для поддержания жизни. Отдельные их части не могут выполнять весь комплекс жизненных функций

 

Клетка, ее строение и химический состав

Строение клетки. Подобно другим организмам, тело человека имеет клеточное строение. Клетки находятся в межклеточном веществе, обеспечивающем им механическую прочность, питание и дыхание.

Клетки разнообразны по размерам, форме и функциям, но все они имеют некоторые общие черты строения 1 . Основные части любой клетки — цитоплазма и ядро.

В ядре расположены нитевидные образования — хромосомы 2. В ядре клетки тела человека (кроме половых клеток) содержится по 46 хромосом. Хромосомы являются носителями наследственных задатков организма, передающихся от родителей потомству.

Клетка покрыта мембраной, состоящей из нескольких слоев молекул и обеспечивающей избирательную проницаемость веществ. В цитоплазме — полужидкой внутренней среде клетки — расположены мельчайшие структуры — органоиды. К органоидам клетки относятся: эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, лизосомы, комплекс Гольджи, клеточный центр, мембрана. Органоиды, подобно органам тела, выполняют определенные функции, обеспечивая жизнедеятельность клетки 1 . На-пример, в органоиде, называемом рибосомой, образуются белки, в митохондриях вырабатываются вещества, служащие источником энергии.

Химический состав клетки. В состав клеток входят разные химические соединения 3. Одни из них —неорганические— встречаются и в неживой природе. Однако для клеток наиболее характерны органические соединения, молекулы которых имеют очень сложное строение.

Неорганические соединения клетки. Вода и соли относятся к неорганическим соединениям Больше всего в клетках воды. Она необходима для всех жизненных процессов. Вода—хороший растворитель. В водном растворе происходит химическое взаимодействие различных веществ. Находящиеся в растворенном состоянии питательные вещества из межклеточного вещества проникают в клетку через мембрану. Вода также способствует удалению из клетки веществ, которые образуются в результате протекающих в ней реакций.

Соли содержатся в цитоплазме и ядре клеток в малых концентрациях, но их роль в жизни клетки очень велика. Наиболее важны для процессов жизнедеятельности клетки соли К, Na, Са, Mg и др.

Органические соединения клетки. Главная роль в осуществлении функций клетки принадлежит органическим соединениям. Среди них наибольшее значение имеют белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты.

Белки — это основные и наиболее сложные вещества любой живой клетки. По размерам белковая молекула в сотни и тысячи раз превосходит молекулы неорганических соединений. Без белков нет жизни. Некоторые белки ускоряют химические реакции, выполняя роль катализаторов. Такие белки называют ферментами.

Жиры и углеводы имеют менее сложное строение. Они являются строительным материалом клетки и служат источниками энергии для процессов жизнедеятельности организма.

Нуклеиновые кислоты образуются в клеточном ядре. Отсюда и произошло их название (лат. н ядро). Входя в состав хромосом, нуклеиновые кислоты участвуют в хранении и передаче наследственных свойств клетки. Нуклеиновые кислоты обеспечивают образование белков.

 

Жизненные свойства клетки.

Жизненные свойства клетки. Основное жизненное свойство клетки — обмен веществ. Из межклеточного вещества в клетки постоянно поступают питательные вещества и кислород и выделяются продукты распада. Вещества, поступившие в клетку, участвуют в процессах биосинтеза. Биосинтез — это образование белков, жиров, углеводов и их соединений из более простых веществ. В процессе биосинтеза образуются вещества, свойственные определенным клеткам организма. Например, в клетках мышц синтезируются белки, обеспечивающие их сокращение.

Одновременно с биосинтезом в клетках происходит распад органических соединений. В результате распада образуются вещества более простого строения. Большая часть реакций распада идет с участием кислорода и освобождением энергии. Эта энергия расходуется на жизненные процессы, протекающие в клетке. Процессы биосинтеза и распада составляют обмен веществ, который сопровождается превращениями энергии.

 

Клеткам свойственны рост и размножение. Клетки тела человека размножаются делением пополам. Каждая из образовавшихся дочерних клеток растет и достигает размеров материнской. Новые клетки выполняют функцию материнской клетки. Продолжительность жизни клеток различна: от нескольких часов до десятков лет.

Живые клетки способны реагировать на физические и химические изменения окружающей их среды. Это свойство клеток называют возбудимостью. При этом из состояния покоя клетки переходят в рабочее состояние — возбуждение. При возбуждении в клетках меняется скорость биосинтеза и распада веществ, потребление кислорода, температура. В возбужденном состоянии разные клетки выполняют свойственные им функции. Железистые клетки образуют и выделяют вещества, мышечные — сокращаются, в нервных клетках возникает слабый электрический сигнал — нервный импульс, который может распространяться по клеточным мембранам




Клетка. Её строение, состав и жизнедеятельность

Все живые
организмы состоят из клеток. Некоторые – всего лишь из одной клетки, например
бактерии и протисты.

Другие организмы (растения,
животные, грибы и человек) являются многоклеточными.

Клетка – элементарная
структурная и функциональная единица живого организма. Клетки обладают всеми
признаками живого. Они способны размножаться, расти, обмениваться веществами и
энергией с окружающей средой, реагировать на изменения, происходящие в этой
среде.

Изучением строения
клетки и принципов её жизнедеятельности занимается наука цитология.

Тело человека
состоит из огромного количества клеток. Они подразделяются на соматические
(нервные, костные, мышечные
клетки) и половые клетки, служащие для размножения.

В многоклеточном
организме клетки взаимодействуют между собой.

Сходные клетки
объединяются в ткани, это позволяет организму успешно работать в тех ситуациях,
в которых одиночные клетки обречены на гибель.

Заслуга открытия
клетки принадлежит выдающемуся английскому учёному Роберту Гуку. Гук
переконструировал первый микроскоп Галилея, усовершенствовал его и применил к
изучению различных мелких предметов, в том числе и частей растений.

Большинство клеток
имеют очень маленькие размеры, поэтому их нельзя рассмотреть невооружённым
глазом.

Если поместить под
микроскоп тонкие срезы органов человеческого тела (сердца, кожи, печени, крови
или мышц), то мы увидим множество разнообразных по форме и размерам клеток, из
которых состоят органы. Клетки могут быть плоскими, веретенообразными,
шаровидными, иметь отростки. Как правило, их форма зависит от
выполняемой функции и положения в организме.

Несмотря на
внешнее многообразие, все клетки организма человека имеют единый принцип
организации.

Снаружи клетка
покрыта цитоплазматической мембраной, под которой находится цитоплазма,
ядро и органоиды.

Органоиды – постоянные
структуры цитоплазмы, имеющие разное строение и выполняющие различные функции.

К ним относятся комплекс
Гольджи
, митохондрии, рибосомы, эндоплазматическая
сеть
, клеточный центр и лизосомы.

Цитоплазматическая
мембрана
,
или плазмалемма, состоит из белков, липидов и углеводов. Она
ограничивает цитоплазму и защищает её от внешних воздействий, а также
обеспечивает восприятие и передачу информационных сигналов внутрь клетки,
осуществляет перенос одних веществ в клетку, других – из неё.

Цитоплазматическая
мембрана обладает свойством избирательной проницаемости: одни вещества она
пропускает внутрь клетки, а другие – нет, обеспечивая обмен веществ.

Пройдя через
плазматическую мембрану, вещества оказываются в цитоплазме.

Цитоплазма – полужидкая
внутренняя среда клетки. Она заполняет всю клетку. В цитоплазме размещаются
органоиды и протекают все жизненные процессы клетки и обмен веществ. Она
находится в постоянном движении.

Центральное
место в цитоплазме занимает плотное округлое тельце — ядро.  Ядро
– это важнейшая клеточная структура, оно управляет всеми процессами
жизнедеятельности клетки. Ядро регулирует процессы, протекающие при
размножении, обеспечивает передачу наследственных признаков дочерним клеткам,
образующимся при делении.

В ядре
находятся хромосомы – носители наследственных признаков и свойств
человека.

Все
клетки человеческого тела имеют по 46 хромосом. Половые клеткисперматозоиды
и яйцеклетки – содержат по 23 хромосомы.

Внутри
ядра выявляется ядрышко – плотное тельце, которое участвует в
образовании рибосом.

Эндоплазматическая
сеть
состоит из канальцев и полостей. Она делит клеточное содержимое
на отдельные отсеки, что позволяет разделить различные химические процессы,
которые одновременно протекают в цитоплазме. На эндоплазматической сети
происходит синтез и последующий транспорт белков, углеводов и липидов.

Комплекс
Гольджи
представляет собой единый комплекс густо сплетённых трубочек.
Сюда по каналам эндоплазматической сети поступают органические вещества. Здесь
они накапливаются, упаковываются в пузырьки и в таком виде покидают клетку.

В
клетках всех живых организмов содержится множество округлых телец — рибосом.
Это мелкие сферические частицы, состоящие из РНК (рибонуклеиновая кислота) и белков. Рибосомы могут находиться свободно в цитоплазме
или быть прикреплены к эндоплазматической сети. В них происходит образование
белков, и по каналам эндоплазматической сети они транспортируются в разные
части клетки.

Митохондрии ─ вытянутые,
овальные тельца с многочисленными внутренними перегородками. Они обеспечивают
клетку энергией.

Их основной
функцией является синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) –
универсального аккумулятора и переносчика энергии, которая используется на
жизненные процессы клетки. Митохондрии называют «энергетическими станциями»
клетки.

Лизосомы — это небольшие
округлые тельца, которые содержат пищеварительные ферменты, расщепляющие белки,
жиры и углеводы. Лизосомы принимают участие в расщеплении органоидов.

Клеточный центр расположен вблизи
ядра и образован двумя полыми цилиндрами – центриолями. Они
располагаются перпендикулярно друг к другу. Центриоли участвуют в делении
клетки.

Клетки всех живых
организмов состоят из одних и тех же химических элементов. В живых организмах
обнаружено более 70 химических элементов. Все элементы классифицируют на макроэлементы
(содержание которых в живых организмах составляет больше 0,01 %; к ним
относят углерод, водород, кислород, хлор, азот, калий, кальций, натрий) и микроэлементы
(содержание менее 0,001 %; к ним относят, например, железо, медь, цинк,
йод, бром, никель). Основу клетки составляют углерод, водород, кислород и азот
– это органогенные элементы. Они занимают примерно 98% клетки. 

Большинство
элементов в клетке находится в виде соединений – веществ. Различают органические
и неорганические вещества. К неорганическим веществам
относят воду и минеральные соли. Вода – самое распространённое
неорганическое вещество в организме. Её содержание в разных клетках колеблется
от 10% в эмали зуба до 85% в нервных клетках. В клетках молодого организма воды
содержится значительно больше, чем в клетках стареющего организма. Вода
определяет объём и упругость клетки. В водных растворах происходит
взаимодействие веществ и их транспорт.

Минеральные соли
присутствуют в клетке в малых количествах, но они необходимы для нормальной её
жизнедеятельности. Например, азот и сера входят в состав молекул белков, фосфор
– в ДНК, РНК и АТФ, железо – в гемоглобин, йод – в гормоны щитовидной железы.

К органическим
веществам относятся белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты.  Белки,
жиры и углеводы – основной строительный материал цитоплазмы, ядра
и органоидов.

Белки занимают в клетке
первое место среди органических веществ. Это очень сложные соединения.
Например, к белкам относится гемоглобин, он переносит по нашей крови кислород и
придаёт ей красный цвет.

Важную роль в
организме играют и углеводы. Это хорошо известные всем глюкоза,
сахароза и крахмал. Основная функция углеводов – энергетическая. При распаде
глюкозы внутри нашего организма образуется энергия, которая необходима нам для
жизни.

Жиры выполняют в нашем
организме различные функции:

o       
дают
нам энергию;

o       
 накапливаются
и защищают от потери тепла;

o       
 при
распаде жиров образуется большое количество воды.

Нуклеиновые
кислоты

образуются в ядре. Нуклеиновые
кислоты бывают двух видов: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и
РНК (рибонуклеиновая кислота). Они входят в состав хромосом и
участвуют в хранении и передаче наследственных свойств и функций организма.

Клетка – это сложнейшая
химическая лаборатория. В ней происходит много превращений, которые
осуществляют белки-катализаторы, или ферменты.

Катализатор – вещество,
которое во много раз ускоряет скорость протекания реакции, но само в ней не
расходуется. Каждый фермент способен ускорять лишь определённые превращения.
Например, в клетках ротовой полости есть фермент каталаза. Он разлагает
пероксид водорода на воду и кислород. В клетке находится множество самых разных
ферментов.

Одним из
обязательных свойств живого является размножение.

Размножение клеток – это увеличение
их количества. Клетки размножаются делением надвое. В настоящее время
доказано, что ни одна клетка не может возникнуть заново из неживых
составляющих. Все новые клетки образуются из уже существующих. Внутри ядра
располагаются тонкие нитевидные хромосомы.

1. Перед делением
клетки в ядре происходит удвоение числа хромосом. При этом образуются два
набора хромосом, несущие одинаковую информацию о жизненных процессах.

2. Происходит
удвоение центриолей и их расхождение к разным полюсам клетки. От каждой из них
отходят нити веретена деления.

3. Затем все
хромосомы укорачиваются, уплотняются. Они превращаются в похожие на палочки
структуры. В этот момент хромосомы становятся видны в световой микроскоп.

4. Ядерная
мембрана растворяется, и хромосомы оказываются в цитоплазме клетки. Они
располагаются в центре клетки.

5. А все другие
органоиды отодвигаются к цитоплазматической мембране.

6.Затем хромосомы
разделяются на две группы. К парным хромосомам подходят нити веретена деления,
соединяя каждую хромосому пары со своей центриолью.

7. Каждая из двух
групп хромосом перемещается от центра клетки к одному из её полюсов.

8. После этого
начинается разделение клетки надвое. Вокруг каждой группы находящихся у полюсов
хромосом формируется новая ядерная мембрана.

9. Затем хромосомы
превращаются из палочковидных в нитевидные.

10. Одновременно с
образованием ядерной мембраны начинается построение перегородки от середины
центральной части клетки. Она растёт во все стороны, пока не достигнет наружной
цитоплазматической мембраны.

11. В этот момент
из одной клетки образуются две дочерние.

На этом процесс
деления клетки заканчивается. В результате деления из одной материнской
образуются две дочерние клетки, являющиеся копиями друг друга и исходной
материнской клетки
. Дочерние клетки начинают собственную жизнь.

 

Строение клетки человека — онлайн тест по биологии для 5 класса

Задание по биологии для 5 класса — Тема: «Строение клетки человека»

Лимит времени: 0

Информация

Выполните задание онлайн олимпиады и узнайте результат.
Для зарегистрированных участников, результаты отправляются на электронную почту.

Вы уже проходили тест ранее. Вы не можете запустить его снова.

Тест загружается…

Вы должны войти или зарегистрироваться для того, чтобы начать тест.

Вы должны закончить следующие тесты, чтобы начать этот:

Правильных ответов: 0 из 10

Ваше время:

Время вышло

Вы набрали 0 из 0 баллов (0)

Средний результат

 

 

Ваш результат

 

 

  • Поздравляем!
    Вы отлично справились с заданием.
    Ваш результат соответствует 1 месту.

    Оформить диплом

  • Поздравляем!
    Вы хорошо справились с заданием.
    Ваш результат соответствует 2 месту.

    Оформить диплом

  • Поздравляем!
    Вы выполнили задние допустив незначительное количество ошибок.
    Ваш результат соответствует 3 месту.

    Оформить диплом

  • Сделайте работу над ошибками.
    Попробуйте пройти тестирование еще раз и добиться хорошего результата.
    Ваш результат может стать значительно лучше.

  1. С ответом

  2. С отметкой о просмотре

Amazon.com: 3B Scientific V2027U Анатомическая диаграмма структуры клеток человека, без деревянных стержней, большой плакат, ширина 33,1 дюйма x высота 46,5 дюйма: игрушки и игры


В настоящее время недоступен.
Мы не знаем, когда и появится ли этот товар в наличии.

  • Убедитесь, что это подходит
    введя номер вашей модели.
  • На этой огромной анатомической диаграмме красочно показаны органеллы человеческой клетки.

  • Микроанатомию внутренней части камеры легко изучить с помощью этого большого плаката.

  • На этой диаграмме показаны все важные особенности клеточной анатомии.

  • Плакат с клеточной структурой человека поставляется без деревянных стержней.

  • Измеряет ширину 33,1 дюйма на высоту 46,5 дюйма.

]]>

Технические характеристики изделия
Глобальный торговый идентификационный номер

08917577964081

Высота

46.5 дюймов

Материал

Древесина

Номер модели

V2027U

Кол-во позиций

1

Номер детали

V2027U

Размер

Анатомическая диаграмма структуры клеток человека 3B Scientific V2027U, без деревянных стержней, большой плакат, ширина 33,1 дюйма, высота 46,5 дюйма

Код UNSPSC

60121013

Ширина

33.1 дюйм

Спецификация для этого семейства продуктов
Фирменное наименование

3B Scientific

Код UNSPSC

60140000

ячеек | Где в клетке находится ДНК?


Facebook
Твиттер
Эл. адрес

Печать


От одной клетки бактерий до триллионов клеток человека, клетки, часто называемые «строительными блоками жизни», составляют все живые существа.Каждая из этих клеток представляет собой дискретную структуру, окруженную клеточной мембраной и заполненную густым раствором, называемым цитоплазмой. В клетках человека большая часть ДНК находится в отделе клетки, называемом ядром. Он известен как ядерная ДНК.

Помимо ядерной ДНК, небольшое количество ДНК человека и других сложных организмов также можно найти в митохондриях. Эта ДНК называется митохондриальной ДНК (мтДНК). Большинство растений имеют набор ДНК, содержащийся в их хлоропластах, называемый хлоропластной ДНК (хпДНК).Полный набор ДНК известен как геном.

Где находится ДНК в эукариотической клетке?

Клетки можно в общих чертах разделить на два разных типа: клетки, обнаруженные в прокариотах (прокариотические клетки), и клетки, обнаруженные в эукариотах (эукариотические клетки). Прокариоты, как правило, одноклеточные и лишены связанного с мембраной ядра и других окруженных мембраной структур, называемых органеллами. Они включают две отдельные группы: бактерии и археи.

Эукариоты могут быть одноклеточными и многоклеточными.В отличие от прокариотических клеток, эукариотические клетки имеют ядро ​​и другие органеллы. Эукариоты включают в себя широкий спектр организмов, от грибов до растений и животных.

В прокариотических клетках ДНК в основном расположена в центральной части клетки, называемой нуклеоидом, которая не заключена в ядерную мембрану. Большая часть генетического материала у большинства прокариот принимает форму одной кольцевой молекулы ДНК или хромосомы.

Кроме того, многие прокариоты также содержат небольшие кольцевые молекулы ДНК, называемые плазмидами.Они отличаются от их хромосомной ДНК и в определенных условиях могут обеспечивать определенные преимущества, такие как устойчивость к антибиотикам.

В эукариотических клетках большая часть ДНК расположена в ядре клетки (хотя часть ДНК также содержится в других органеллах, таких как митохондрии и хлоропласты растений). Ядерная ДНК организована в линейные молекулы, называемые хромосомами.

Размер и количество хромосом значительно различаются у разных видов. У плодовой мухи ( Drosophila ), например, 4 хромосомы, а у жабы ( Xenopus laevis ) — 18 хромосом.У людей большинство клеток обычно имеют 46 хромосом или 23 пары. Исключение составляют зрелые эритроциты, не содержащие ДНК, а также сперматозоиды и яйцеклетки, имеющие 23 неспаренных хромосомы.

Хромосомы состоят из одной молекулы ДНК, обернутой вокруг небольшого, похожего на катушку белка, называемого гистоном. Обертывание ДНК вокруг гистона важно, поскольку в противном случае большинство молекул ДНК не поместилось бы внутри клеток.

У людей, например, общая длина ДНК в одной клетке, если бы вы развернули и растянули молекулы ДНК из конца в конец, была бы более шести футов в длину (или около двух метров).Но это количество ДНК должно уместиться в ядре клетки, которое имеет диаметр всего от пяти до десяти мкм. Это означает, что размещение всей ДНК в ядре одной клетки человека эквивалентно упаковке 24 миль (около 40 км) очень тонкой нити в теннисный мяч!

Какова функция ДНК в клетке?

Ключевая функция ДНК в клетке — хранить генетическую информацию, которая позволяет организму развиваться, функционировать и воспроизводиться. Информация, закодированная в ДНК, может передаваться от одного поколения к другому и действует как биологическая инструкция, которая делает каждый организм уникальным.

Чтобы следовать инструкциям в ДНК, клетка должна сначала скопировать ген в форму РНК, называемую информационной РНК (мРНК). Этот процесс известен как транскрипция. Во многих случаях информацию, содержащуюся в ДНК, необходимо транслировать в белок для выполнения инструкций, поскольку белки берут на себя большую часть работы в клетках, выполняя широкий спектр критических функций.

Это Космос или Индия на Дивали? Изображение НАСА из человеческой клетки оставляет Twitter Bewildered

Каждый раз, когда НАСА публикует изображение великолепного космоса, люди не могут перестать трепетать перед красотой Вселенной в течение нескольких дней.Но если мы хотим увидеть завораживающие и сложные красивые сооружения, не нужно заходить намного дальше нашей планеты и населяющих ее живых существ.

Исследователь медицинского факультета Стэнфордского университета недавно поделился снимком детальной модели клеток человека. Создателями этой фантастической конструкции являются научный и биомедицинский аниматор Эван Ингерсолл совместно с преподавателем Гарвардской медицинской школы Гэлом МакГиллом. Дуэт называет свое творение Cellular Landscape Cross-Section Through A Eukaryotic Cell.

Махджабин Норуджи, исследователь рака из Стэнфорда, назвала это изображение «самой подробной моделью человеческой клетки на сегодняшний день».

Создание этого единственного изображения основывалось на наборах данных рентгеновской, ЯМР (ядерного магнитного резонанса) и криоэлектронной микроскопии.

Картина буйство красок. На левой стороне изображены внутренние сегменты ячейки на виде сбоку. Видны аппарат Гольджи, митохондрии, эндоплазматический ретикулум, клеточная стенка и сотни белковых структур и мембраносвязанных органелл.Структура клетки является клеткой эукариот, то есть многоклеточным организмом, что означает, что она может соответствовать клеточной структуре человека, собак или даже грибов и растений. Вот фото:

Если структур недостаточно, чтобы насытить ученого, то в своей подписи она привела ссылку на страницу, которая содержит больше изображений из проекта, каждое красивое и художественное. Изображения интерактивны, что означает, что вы можете использовать их как карты Google Планета Земля. Щелкните любое изображение ячейки, и оно увеличится.

Люди сразу же восхищались потрясающей внешностью этой структуры, даже если они не из области молекулярной биологии.

Многие думали, что изображение напоминает вид с воздуха на красочный город с замысловатой архитектурой или даже на картину или город в ночь на Дивали, когда разноцветные огни мерцают над городом.

WoW! Это похоже на город, где великие архитекторы спроектировали всю инфраструктуру, здания, музеи, концертные площадки, парки и жилые дома так, чтобы они идеально сочетались друг с другом, и все прибывало вовремя в любое место.- Джейсон Вэнс (@ achilles1974) 12 ноября 2020 г.

На новой странице вы можете выбрать механизм из раскрывающегося меню (апоптоз или даже путь Альцгеймера), и изображение станет черно-белым, оставляя только соответствующие белки / органеллы в цвете. Наведите указатель мыши на структуру, и ее название будет мигать на экране!

Структура, функции и организация клетки

Структура, функции и организация клетки

О клетке

Клетка является структурной и функциональной единицей всех живых организмов и иногда называется «строительным блоком жизни».«Некоторые организмы, например бактерии, одноклеточные, состоящие из одной клетки.

Клетка — основная структурная и функциональная единица любого живого существа. Каждая ячейка представляет собой небольшой контейнер с химикатами и водой, обернутый мембраной. В человеке 100 триллионов клеток, каждая из которых содержит всю генетическую информацию, необходимую для создания человека. Эта информация закодирована в ядре клетки в 6 миллиардах субъединиц ДНК, называемых парами оснований. Эти пары оснований упакованы в 23 пары хромосом, по 1 хромосоме в каждой паре от каждого родителя.Каждая из 46 хромосом человека содержит ДНК тысяч отдельных генов.

Теория клеток состоит из трех принципов:

  • Все живые существа состоят из одной или нескольких клеток.
  • Клетки — это основные структурные единицы и функции организма.
  • Клетки возникают только в результате репликации существующих клеток.

Клетка была обнаружена Робертом Гук в 1665 году, который назвал биологическую единицу из-за ее сходства с клетками, населенными христианскими монахами в монастыре.Клеточная теория, впервые разработанная в 1839 году Маттиасом Якобом Шлейденом и Теодором Шванном, утверждает, что все организмы состоят из одной или нескольких клеток, что клетки являются фундаментальной единицей структуры и функции во всех живых организмах, что все клетки происходят из уже существующих клеток, и что все клетки содержат наследственную информацию, необходимую для регулирования функций клеток и для передачи информации следующему поколению клеток. Клетки появились на Земле не менее 3,5 миллиардов лет назад.

Структура ячейки

В человеке много ячеек, которые на протяжении всей жизни выполняют несколько функций.К различным типам клеток относятся прокариотические, растительные и животные клетки. Размер и форма ячейки варьируются от миллиметра до микрон, что обычно зависит от типа функции, которую она выполняет. Ячейки обычно различаются по форме. Некоторые клетки имеют сферическую, стержневую, плоскую, вогнутую, изогнутую, прямоугольную, овальную и т. Д. Эти клетки можно увидеть только под микроскопом.

Структура прокариотических клеток: Это первые организмы, появившиеся на нашей планете Земля.Организмы с этим типом клеток известны под термином прокариотические организмы (или) прокариоты. Бактерии, сине-зеленые водоросли и кишечная палочка — несколько примеров из этой категории. Прокариотические клетки представляют собой одноклеточные организмы без ядра и включают капсулу, клеточную стенку, клеточную мембрану, цитоплазму, ядро, рибосому, плазмиды, пили и жгутики.

Структура эукариотической клетки: Это клетки с наличием истинного ядра. Организмы с этим типом клеток известны под термином эукариотические организмы (или) эукариоты.В эту категорию сгруппированы животные, растения и другие организмы, за исключением бактерий, сине-зеленых водорослей и кишечной палочки. Эукариотические клетки сложнее прокариотических клеток. Эти организмы имеют связанное с мембраной ядро ​​со многими клеточными органеллами для выполнения нескольких клеточных функций внутри системы.

Структура растительной клетки: Растительные клетки представляют собой эукариотические клетки с наличием истинного ядра, многоклеточных больших и продвинутых мембраносвязанных органелл.Эти клетки растений сильно отличаются от клеток животных, например по форме и другим органеллам, которые встречаются только в клетках животных, но отсутствуют в клетках растений.

Структура клеток животных: Клетки животных представляют собой эукариотические клетки с наличием истинного ядра; многоклеточные крупные и развитые мембраносвязанные органеллы. Как и клетки растений, клетки животных имеют те же органеллы, за исключением клеточной стенки, хлоропластов, количества вакуолей и многого другого. Из-за отсутствия клеточной стенки форма животной клетки неправильная.

Функция клетки

  • Клеточная стенка: Он помогает в защите плазматической мембраны и играет жизненно важную роль в поддержке и защите клеток. Это толстый внешний слой из целлюлозы.
  • Клеточная мембрана: Это двухслойный тонкий барьер, окружающий клетку, для контроля входа и выхода определенных веществ.
  • Цитоплазма: Это мембрана, которая защищает клетку, удерживая клеточные органеллы отдельно друг от друга.Это помогает поддерживать клетку в стабильном состоянии. Цитоплазма — это место, где происходят многие жизненно важные биохимические реакции.
  • Ядро: Это связанные с мембраной органеллы, которые встречаются во всех эукариотических клетках. Это очень важная органелла клетки, поскольку она контролирует полную активность клетки, а также играет жизненно важную роль в воспроизводстве.
  • Ядерная мембрана: Двухслойная мембрана, которая защищает ядро, окружая его, и действует как барьер между ядром клетки и другими органами клетки.
  • Ядрышко: Это важная мембрана, находящаяся внутри ядра. Он играет жизненно важную роль в производстве рибосом клетки.
  • Хромосомы: Он состоит из ДНК и хранится в ядре, которое содержит инструкции по признакам и характеристикам.
  • Эндоплазматическая сеть: Помогает в перемещении материалов по клетке. Он содержит фермент, который помогает в построении молекул и производстве белков. Основная функция этой органеллы — хранение и секреция.
  • Рибосома: Он играет жизненно важную роль в синтезе белка.
  • Митохондрии: Это двойные мембраны, нитчатые органеллы, которые играют жизненно важную роль в генерации и преобразовании энергии. Митохондрии играют жизненно важную роль в различных функциях клеточного метаболизма, включая окислительное фосфорилирование.
  • Тела Гольджи: Помогает перемещать материалы внутри клетки.
  • Лизосомы: Его также называют суицидными мешками, поскольку он помогает в обновлении клеток и разрушении старых частей клеток.
  • Vacuoles: Помогает растениям сохранять форму, а также накапливать воду, пищу, отходы и т. Д.
  • Хлоропласты: Они являются местом фотосинтеза, которые присутствуют в хлорофилловых бактериях, сине-зеленых водорослях, и т. д.

Организация клетки

  • Клетки содержат множество внутренних структур, называемых органеллами
  • Органелла — это клеточный компонент, который выполняет определенную функцию в этой клетке
  • Так же, как органы многоклеточного организма выполняют жизненные функции организма, органеллы клетки поддерживают жизнь клетки
  • Есть много разных клеток; однако есть определенные особенности, общие для всех клеток.
  • Вся клетка окружена тонкой клеточной мембраной.
  • Все мембраны имеют одинаковую толщину и основную структуру.
  • Органеллы также часто имеют свои собственные мембраны. аналогичная структура
  • Ядро, митохондрии и хлоропласты имеют двойные мембраны, более правильно называемые оболочками.
  • Поскольку мембраны представляют собой жидкую мозаику, составляющие их молекулы — фосфолипиды и белки — движутся независимо.Белки, по-видимому, «плавают» в бислое фосфолипидов.
  • Таким образом, можно использовать мембраны для транспортировки молекул внутри клетки, например. эндоплазматическая сеть.
  • Белки в мембране могут использоваться для переноса веществ через мембрану — например, за счет облегченной диффузии или за счет активного транспорта.
  • Белки на внешней стороне клеточных мембран идентифицируют нас как уникальных.

Введение в клетки | Базовая биология

Все живые существа состоят из одной или нескольких клеток.Клетка — это простейшая единица жизни, и она отвечает за поддержание жизни и функционирования организма. Это введение в клетки является отправной точкой для области биологии, изучающей различные типы клеток и то, как они работают.

Существует огромное количество различных типов ячеек, но все они имеют некоторые общие характеристики. Почти каждый тип клетки содержит генетический материал, мембрану и цитоплазму. Клетки также обладают множеством других функций, таких как органеллы и рибосомы, которые выполняют определенные функции.

Многие различные организмы на древе жизни содержат только одну клетку и известны как одноклеточные или одноклеточные организмы. Их единственная клетка выполняет все необходимые функции, чтобы поддерживать жизнь в организме. Все виды бактерий и архей — одноклеточные организмы. С другой стороны, крупные организмы, такие как люди, состоят из многих триллионов клеток, которые работают вместе, чтобы поддерживать жизнь в организме.

Самая основная категоризация организмов Земли определяется различными типами клеток.Все клетки можно разделить на две классификации: прокариотические клетки и эукариотические клетки. Прокариотические клетки встречаются у бактерий и архей. Эукариотические клетки встречаются у организмов из домена Eukaryota, который включает животных, растения, грибы и простейшие.

Это введение в клетки познакомит вас с основной структурой клеток, различиями между прокариотическими и эукариотическими клетками, а также вы узнаете об органеллах.

СТРУКТУРА ЯЧЕЙКИ

Каждая ячейка отличается, но есть базовая структура, общая для всех ячеек.Клетка — это, по сути, генетический материал в гелеобразном веществе, окруженный мембраной.

Генетический материал клеток находится в виде молекул, называемых ДНК. ДНК клетки содержит всю информацию, которая необходима клетке для поддержания своей жизни. Молекула ДНК содержит код, который может транслировать клетка, и сообщает ей, как выполнять различные задачи. Ген — это определенный сегмент молекулы ДНК, и каждый ген сообщает клетке, как выполнять одну конкретную задачу.

Гелеобразное вещество, в котором находится генетический материал, называется цитоплазмой.Цитоплазма заполняет клетку и придает ей форму. Цитоплазма также позволяет различным материалам перемещаться по клетке. У всех клеток есть другие структуры в цитоплазме, которые помогают клетке оставаться в живых.

Цитоплазма всех клеток окружена мембраной, называемой плазматической мембраной. Плазматическая мембрана отделяет клетку от внешнего мира и удерживает содержимое клетки вместе. Плазматическая мембрана обеспечивает барьер, через который должны пройти вещества, прежде чем они смогут проникнуть в клетку или выйти из нее.

ЭУКАРИОТИЧЕСКИЕ КЛЕТКИ VS. ПРОКАРИОТИЧЕСКИЕ КЛЕТКИ

Основное различие между прокариотическими клетками и эукариотическими клетками заключается в наличии ядра и органелл. Прокариотические клетки не имеют ни ядра, ни органелл. Слово прокариотическое можно перевести как «до ядра».

Эукариотические клетки имеют как ядро, так и ряд различных органелл. Ядро — это структура, обнаруженная в эукариотических клетках, которая содержит ДНК клетки. Органеллы — это клеточные «фабрики», которые выполняют такие важные функции, как построение различных молекул жизни, удаление отходов и расщепление сахаров.

Наличие органелл делает эукариотические клетки гораздо более эффективными в выполнении важных клеточных функций. Поскольку они более эффективны, эукариотические клетки могут расти намного больше, чем прокариотические клетки.

Чтобы клеточная структура считалась органеллой, она должна быть окружена мембраной, как и ядро. Прокариотические клетки содержат различные структуры, которые помогают выполнять определенные функции, такие как рибосомы, но эти структуры не инкапсулированы мембранами и поэтому не считаются органеллами.

Эукариотические клетки превратились в многоклеточные организмы. Специализируясь на различных типах клеток, они могут выполнять функции еще более эффективно и поддерживать жизнь крупных многоклеточных организмов.

ОРГАНЕЛЛЫ

Органеллы являются общим признаком эукариотических клеток. Широкий спектр различных органелл эволюционировал за миллионы лет, чтобы выполнять различные роли в клетках. Некоторые из них широко распространены в большей части домена Eukaryota. Другие менее распространены и встречаются только у одной или двух групп эукариот.

Важные органеллы включают ядро, митохондрии, хлоропласты и эндоплазматический ретикулум. Митохондрии участвуют в процессе клеточного дыхания, когда сахар расщепляется и превращается в клеточную энергию.

Хлоропласты находятся в клетках растений и других фотосинтезирующих организмов. Внутри хлоропластов растительные клетки могут использовать энергию солнца для создания сахаров из углекислого газа и воды.

Эндоплазматический ретикулум представляет собой сеть мембран, прикрепленных к мембране ядра.Эндоплазматический ретикулум выполняет множество важных задач, таких как производство белков и расщепление жиров и углеводов.

Это видео было подготовлено Nucleus Medical Media. Вы можете найти более 200 таких анимационных видеороликов на их канале YouTube.


Для получения дополнительной информации о ячейках посетите эти страницы на нашем веб-сайте:
Ячейки | Эукариотические клетки | Прокариотические клетки | Клетки животных | Клетки растений


Последний раз редактировалось: 30 августа 2020 г.

БЕСПЛАТНЫЙ 6-недельный курс

Введите свои данные, чтобы получить доступ к нашему БЕСПЛАТНО 6-недельному вводному курсу электронной почты по биологии.

Узнайте о животных, растениях, эволюции, древе жизни, экологии, клетках, генетике, областях биологии и многом другом.

Успех! Письмо с подтверждением было отправлено на адрес электронной почты, который вы только что указали. Проверьте свою электронную почту и убедитесь, что вы щелкнули ссылку, чтобы начать наш 6-недельный курс.

Клетки человека

Клетки человека состоят из множества разных частей. У каждой части есть цель, и если вы хотите понять здоровье человека и биологию; все начинается с твердого понимания клетки.

Клетки разделены на отсеки. Эти отсеки известны как органеллы, и в каждом из них содержится
единиц.
специфические функции. Существуют также структурные волокна и мембраны, указанные ниже:

Плазменная мембрана
Это внешний слой клетки. Он придает клетке форму и удерживает жидкость внутри клетки. Он полупроницаемый, что означает, что он позволяет определенным вещам проходить внутрь и наружу клетки. Сама мембрана представляет собой бислой фосфолипидов.

Ядро
Это часть клетки, которая содержит генетический материал, хромосомы и хроматин, которые связаны с воспроизводством клетки.Внутри ядра находится суборганелла, известная как ядрышко, которая производит и собирает рибосомы.

Цитоплазма
Это жидкость на водной основе внутри клетки, которая содержит соли и другие ионы и молекулы, взвешенные в растворе. В цитоплазме вы найдете волокна, белки, органеллы и везикулы.

Цитоскелет
Сеть белковых нитей в цитоплазме, которая обеспечивает структурную основу клетки и отвечает за движения клеток.Включает микротрубочки, микрофиламенты и промежуточные волокна.

Аппарат Гольджи
По сути, это большая складывающаяся мембрана. Он служит перерабатывающим заводом в пределах
.
клетка, в первую очередь работающая с белками и липидами. Он также упаковывает макромолекулы для транспортировки в другие области клетки или для секреции.

Лизосомы
Эти органеллы содержат мощные ферменты, известные как гидолазы, которые расщепляют молекулы пищи, старые или нежелательные органеллы и даже вторгаются в патогены.

Рибосомы
Рибосомы — это крошечные, примерно сферические структуры, прикрепленные к шероховатой эндоплазматической сети. Они участвуют в синтезе белков.

Центриоль
Центриоли — это бочкообразные органеллы, состоящие из триплетов микротрубочек. Находясь парами, они образуют центросомы, которые важны для деления клеток.

Митохондрия
Митохондрии (множественное число от митохондрий = митохондрии) связаны с дыханием клетки.Дыхание производит энергию для клетки. Это электростанции клетки.

Эндоплазматическая сеть
Еще одна мембранная органелла, которая ассоциируется с ядерной мембраной. Выполняет множество функций, наиболее важными из которых являются синтез и сворачивание белка. Некоторые белки поступают в Гольджи для дальнейшей модификации и окончательной упаковки.

Пероксисомы
Эти органеллы содержат перекиси, которые переваривают липиды и некоторые другие продукты.

Микровилли

Находящиеся на клетках, которые функционируют для поглощения, это небольшие расширения клетки, которые служат для увеличения общей площади поверхности клеток. Это, в свою очередь, обеспечивает более эффективное всасывание.

Секреторные пузырьки
Они отпочковываются от разных структур, таких как Гольджи, и содержат разные биомолекулы, которые больше не нужны клетке или которые были произведены клеткой, но требуются в другой клетке или части тела.

Жгутик и реснички
Обнаруженные на некоторых клетках, они позволяют движение или миграцию клеток, или движение жидкости по клеткам, в случае ресничек.

Хотите узнать больше?

Если вы действительно хотите правильно понять клетки, потребуется серьезное изучение. Хорошее место для начала — наш 100-часовой курс клеточной биологии.

[27.08.2021 06:02:53]

Анатомия и физиология Тест по структуре и функциям клеток

Этот тест по анатомии и физиологии (A&P) разработан для проверки ваших знаний об основной структуре и функциях клеток.Вам будут заданы вопросы, относящиеся к митохондриям, ядрышку, ядерной мембране, рибосомам, лизосомам и многому другому.

Этот практический тест на функцию и структуру клеток для анатомии и физиологии разработан, чтобы помочь вам на экзамене, сосредоточив внимание на важных фактах, которые вы можете снова увидеть на экзамене. Человеческое тело состоит из 50-100 триллионов клеток, и каждая клетка предназначена для выполнения множества функций, чтобы ваше тело оставалось в форме.

Наряду с викториной по анатомии и физиологии мы разработали множество других тестов, которые помогут вам в учебе.После того, как вы пройдете тест, страница обновится, и вам нужно будет прокрутить вниз, чтобы увидеть свои результаты с вашими ответами.

Обучающее видео по структуре клеток

Тест по анатомии и физиологии по структуре и функциям клеток

Тест по структуре ячеек

1. Какая часть субъединицы клетки отвечает за удаление отходов, поддержание ее формы / целостности и самовоспроизводство?
а. Органеллы
б. Ферменты
c.Плазменная мембрана
d. Фагоцитоз
Ответ: а. Органеллы.

2. Внешняя граница клетки, составляющая три основные части клетки человека, — это?
а. Плазменная мембрана
б. Цитоплазма
c. Ядро
d. Ферменты
Ответ: a. Плазматическая мембрана.

3. Ядро находится в центре клетки и контролирует клеточную активность.
Верно
Неверно
Верно.

4. Какая структура отвечает за хранение гликогена, являющегося основным источником энергии клетки?
а.Хроматин
б. Гликосомы
c. Ядро
d. Плазменная мембрана
Ответ: б. Гликосомы.

5. Какая структура клетки отвечает за упаковку ДНК, усиление митоза, предотвращение повреждения ДНК и контроль репликации ДНК?
а. Хроматин
б. Гликосома
c. Ядро
d. Плазменная мембрана
Ответ. Хроматин.

6. Гладкая эндоплазматическая сеть отвечает за метаболизм жиров.
Верно
Неверно
Верно.

7. Жидкость внутри ячейки?
а. Цитозоль
б. Центриоли
c. Матрица центросом
d. Микрофиламент
Ответ. Цитозоль.

8. Лизосомы выполняют внутриклеточную репликацию.
Неверно
Верно
Ответ неверный. Он выполняет внутриклеточное ПИЩЕВАРЕНИЕ.

9. Эту структуру называют электростанцией клетки, потому что она генерирует энергию клетки?
а. Рибосома
б. ATP
c. Митохондрии
г. Эндоплазматический ретикулум
Ответ: c.Митохондрии.

10. Центриоли находятся в цитоплазме.
Неверно
Верно
Ответ неверный. Они находятся в матриксе центросомы.

11. Какая структура клетки похожа на крошечные пальцеобразные отростки плазматической мембраны, увеличивающие площадь поверхности клетки?
а. Нити
б. Микрофиламент
c. Растворимый
г. Microvilli
Ответ — d. Микровиллы.

12. (______) помогает формировать цитоскелет клетки?
а.Убежища
б. Митохондрии
c. Микрофиламенты
г. Nuclear Envelope
Ответ — гр. Микрофиламенты.

13. (______) отвечает за поддержку клетки и придание ей формы.
а. Микропробирки
б. Промежуточные волокна
c. Хроматин
г. Nuceloli
Ответ: a. Микропробирки.

14. Промежуточные филаменты — это элементы цитоскелета, которые помогают клетке сопротивляться растяжению.
Верно
Ложно
Ответ верный.

15.Пероксисомы используют оксидазы и каталазу для (_______) организма из (_______).
а. мобилизовать, цитокины
b. детоксикация, свободные радикалы
c. дестори, вода
д. расщепляются, липиды
Ответ — б. детоксикация, свободные радикалы.

16. Эта структура представляет собой стопку из трех-десяти дискообразных оболочек, связанных мембраной, которая сортирует, обрабатывает и упаковывает белки и мембраны?
а. экзоцитоз
б. рибосомы
c. Аппарат Гольджи
г. Лизосомы
Ответ: c.Аппарат Гольджи.

17. Рибосомы имеют вид _______ и состоят из _______?
а. Маленькие темные гранулы, РНК
b. большие темные гранулы, ДНК
c. удлинения в виде крошечных пальцев и лизосомы
d. Ни один из вышеперечисленных
Ответ: a. Маленькие темные окрашивающие гранулы, РНК.

18. Эта область клетки представляет собой тонкий гибкий слой, разделяющий жидкость на внутриклеточную и внеклеточную жидкость?
а. Плазменная мембрана
б. Nucleolus
c.Хроматин
г. Пероксисома
Ответ: a. Плазматическая мембрана.

19. Этот сайт служит для синтеза и сборки рибосом?
а. Пероксисома
б. Плазменная мембрана
c. Хроматин
г. Nucleolus
Ответ: d. Ядрышко.

20. Эта структура является центральным ядром клетки, а ее генетическим материалом является ДНК?
а. Ядро
б. Гликосома
c. Митохондрии
г. Центросома
Ответ -. Ядро.

21. Эта область клетки окружает ядро ​​и регулирует переход веществ в ядро ​​и из него?
а.митохондрии
б. хроматин
c. микротрубочки
d. ядерная оболочка
Ответ: d. ядерная оболочка .

Не забудьте рассказать об этой викторине своим друзьям, поделившись ею в Facebook, Twitter и других социальных сетях. Вы также можете пройти более увлекательные медсестринские викторины.

* Заявление об ограничении ответственности: хотя мы делаем все возможное, чтобы предоставить учащимся точные и углубленные учебные викторины, эта викторина / тест предназначена только для образовательных и развлекательных целей. Пожалуйста, обратитесь к последним обзорным книгам NCLEX для получения последних обновлений по сестринскому делу.Авторские права на эту викторину принадлежат RegisteredNurseRn.com. Пожалуйста, не копируйте этот тест напрямую; однако, пожалуйста, поделитесь ссылкой на эту страницу с другом.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *