Строение клетки (Теория на русском)

 

Все организмы, кроме вирусов, состоят из клеток. В зависимости от типа и функции клетки меняется и ее строение, но есть компоненты, которыми обладает каждая клетка.

 

---

В этом уроке речь пойдет в основном о эукариотических клетках, все информация про прокариотов в уроке “Типы клеток”.

---

 

Органоиды

Клеточные процессы отделены друг от друга, этот явление называется компартментализация. Таким образом органоиды отделены друг от друга, в них протекают различные реакции. Большинство органоидов имеют только эукариоты.

 

 

Основные органоиды:

• клеточная мембрана
• цитоплазма
• цитоскелет
• ядро с ядрышком
• эндоплазматический ретикулум
• рибосомы
• аппарат гольджи
• митохондрии
• везикулы
• клеточная стенка
• плазмодесмы
• микроворсинки
• десмосомы

 

Органоиды, которые есть у всех эукариотов:

• клеточная стенка
• цитоплазма
• цитоскелет
• ядро с ядрышком
• эндоплазматический ретикулум (ЭПР)
• рибосомы
• аппарат гольджи
• митохондрии
• везикулы

 

Клеточная мембрана

Клеточная мембрана есть как у эукариотов, так и у прокариотов.

Функции:

• Защита клетки от окружающего мира
• Изоляция органоидов друг от друга
• Транспорт веществ (избирательная проницаемость)

Строение

Клеточная мембрана или биомембрана — это жидкий двойной слой из остатков фосфолипидов, протеинов и небольшого количества углеводов, выстроенных по модели жидкой мозаики.

 

 

Липиды

Липиды клеточной мембраны образуют двойной слой таким образом, чтобы гидрофобные “хвосты” жирных кислот были направлены внутрь, а гидрофильные “головки” — наружу, поэтому в двойном слое фосфолипидов есть липофильный и гидрофильный слои. То есть двойной слой сформирован амфипатически.

 

 

---

Этого скорее всего не было в школьной программе, поступающим в ШК Майнц стоит особенно уделить внимание этой теории.

---

 

 

Если капля такого фосфолипида попадет в воду, то молекулы образуют одномолекулярный слой, который называется монослой. В такой структуре гидрофильные области молекулы контактируют с водой, а липофильные — с воздухом.

Двойной слой молекул, из которого состоит мембрана, можно назвать бислоем. Он может быть создан искусственно.

 

Мембранные протеины

Белки встроены в двойной слой мембраны и имеют различное строение.

 

 

Типы мембранных протеинов:

• трансмембранные белки пронизывают мембрану насквозь
• периферические белки либо соединены с трансмембранными протеинами или с фосфолипидами

Функции:

• транспорт веществ
• активация ферментов
• перенос сигналов
• соединение клеток
• клеточное узнавание
• фиксация на цитоскелет

 

Гликокаликс

 

 

Углеводы на внешней стороне клетки прикреплены к белку или фосфолипиду.

Функции:

• взаимодействие с другими клетками
• защита поверхности клетки

Для исследования клетки используются следующие техники:

• метод замораживание-травление
• техника ультратонкого слоя

Процесс, при котором клетка захватывает мембраной жидкость из внешней среды, называется пиноцитоз.

Процесс, при котором клетка захватывает мембраной твердое вещество из внешней среды, называется фагоцитоз.

 

Цитоплазма

 

 

Под клеточной мембраной всех типов клеток находится цитозоль, окружающая все органоиды. В ней находится много воды, поэтому она жидкая.

Цитоплазма обозначает все содержимое клетки (цитозоль + органоиды + цитоскелет без клеточной мембраны).

 

Цитоскелет

Строение

 

 

Цитоскелет образует сеть в цитоплазме и передвигает органоиды, особенно везикулы, по клетке. Цитоскелет состоит из белков, микротрубочек, промежуточных филаментов и микрофиламентов.

Функции:

• поддержка структуры и формы клетки
• движение клетки
• транспорт веществ в клетку и из нее

 

Центросомы

 

 

Центросомы имеют размер 1 мкм. Они особенно важны для образования образования митотического веретена деления, так как там образуются микротрубочки, которые крепятся к центромерам хромосом и оттягивают хроматиды в разные стороны во время анафазы.

Центросома находится рядом с ядром и состоит из двух центриолей, которые контролируют движение цитоскелета.

 

Клеточное ядро

Строение

 

 

Клеточное ядро имеет шарообразную форму и окружено двойной мембраной. Ядро растворяется на время деления клетки. Изнутри ядро поддерживается ядерной ламиной. Ядерная ламина — это нитеобразные соединения, которые стабилизируют ядерную оболочку и отвечают за правильную форму ядра.

В ядре есть следующие структуры:

• ядерная оболочка или мембрана
• ядерные поры
• ядерная плазма или нуклеоплазма
• хроматин
• ядрышко

Исключение

Несмотря на то, что все эукариотические клетки должны обладать ядром, красные кровяные тельца теряют его во время роста.

Клеточная оболочка или клеточная мембрана

Двойная мембрана, окружающая ядро и отделяющая его от цитоплазмы.

Ядерные поры

Ядерные поры насквозь пронизывают оболочку ядра. Через них происходит транспорт веществ в ядро и из него. Через них мРНК отправляется в цитоплазму из ядра.

Хроматин

Чтобы организовать ДНК, длинные нити ДНК прикрепляются к белкам гистонам, этот комплекс называется хроматин.

• Эухроматин содержит активные гены, которые часто транскрибируются.
• Гетерохроматин содержит менее активные гены, они играют важную роль в эволюции, упакован плотнее, чем эухроматин и находится ближе к ядрышку.

Ядрышко

Ядрышко расположено внутри ядра, необходимо для синтеза рибосом.

 

Эндоплазматический ретикулум

 

 

Эндоплазматический ретикулум сокращается как ЭПР.

Строение

ЭПР — это сеть, окруженная мембраной. ЭПР находится вокруг ядра.

Типы:

• гладкий
• шероховатый

Главное различие между двумя типами ЭПР: наличие рибосом на шероховатом ЭПР.

Функции:

Гладкого ЭПР

• синтез липидов
• складирование углеводов
• складирование кальция
• детоксикация

Шероховатого ЭПР

• синтез протеинов
• модификация протеинов

 

Рибосомы

На рибосомах происходит синтез протеинов. Они могут иметь разные размеры. Это зависит в том числе от типа клетки.

 

Аппарат Гольджи

 

 

Аппарат Гольджи окружен мембраной и состоит из цистерн и везикул. Пространство внутри цистерн и везикул называется люмен.

Функции:

• Модификация белков
• Образование везикул
• Образование лизосом

 

Митохондрии

 

 

Строение

Митохондрию окружает двойная мембрана, как и клеточное ядро и пластиды. Пространство между мембранами называется межмембранное пространство. Внутри митохондрии есть сеть, которую образует внутренняя мембрана, состоящая из крист. Пространство между кристами называется матрикс. В нем содержится кольцевая молекула ДНК, собственный геном органоида.

Функции:

Клеточное дыхание (подробнее в следующих темах).

 

Везикулы

 

 

Везикула — это пузырик, окруженный мембраной. Он транспортирует вещества по клетке. Клатрин — это белок, входящий в состав транспортных везикул.

Функции:

Преимущественно транспорт веществ.

Виды:

Существует несколько видов везикул, например: лизосомы, пероксисомы и эндосомы.

Лизосомы

Лизосомы образуют аппарата Гольджи. Они содержат пищеварительные ферменты и могут переваривать разные вещества.

Пероксисомы

Пероксисомы содержатся только в растительных клетках. Они могут раскладывать ядовитую перекись водорода на воду и кислород.

Фагосомы

Это везикулы, которые содержат вещества во время фагоцитоза или пиноцитоза.

 

Клеточная стенка

 

 

Клеточная стенка состоит из углеводов. У растений — из целлюлозы, у бактерий — из муреина, у грибов — из хитина. Археи тоже имеют собственную клеточную стенку. У животных клеток клеточной стенки нет!

Функции:

• Защита клетки от патогенов
• Хранение углеводов
• Поддержание осмотического давления
• Поддержание формы

 

Плазмодесмы

 

 

В основном плазмодесмы есть в растительных клетках.

Строение

Плазмодесма — это тонкая нить, окруженная мембраной и имеющая маленькое отверстие в клеточную стенку, которое соединяет клетку с соседней.

Функции:

• соединение клетка-клетка
• транспорт веществ между клетками
• транспорт информации между клетками

 

Вакуоль

 

 

Вакуоль — пузырик, окруженный мембраной, содержит много воды и питательных веществ.

Молодые клетки содержат несколько вакуолей, когда клетка вырастает, они соединяются в одну большую. Большая вакуоль, заметная в микроскоп, называется центральная вакуоль.

Функции:

• Поддержание внутреннего давления клетки — тургор. Это значит, что клетка должна быть плотной, чтобы оставаться стабильной. Вакуоль давит на клеточные стенки, из-за чего клетка становится плотной.
• Хранение и удаление продуктов обмена.
• Хранение белков

 

Пластиды

Пластиды содержат растительные клетки и археи. Все пластиды обладают собственным кольцевым геномом. Некоторые пластиды: хромопласты. пропластиды, лейкопласты, хлоропласты.

Строение

Пластиды окружены двойной мембраной и содержат кольцевую ДНК.

 

Хлоропласт

 

 

Хлоропласты есть в растительных клетках и водорослях.

Строение

Хлоропласты окружены двойной мембраной и содержат хлорофилл — вещество, окрашивающее части растения в зеленый цвет. Тилакоиды — это цистерны, находящиеся в хлоропласте и окруженные мембраной. Тилакоиды собраны в стопки и таким образом образуют граны. В хлоропластах находится субстанция — строма, содержащая рибосомы и собственную ДНК.

Функции:

Фотосинтез (подробнее в следующих уроках).

 

Микроворсинки

 

 

Микроворсинки прежде всего находятся в эпителиальных животных клетках.

Строение

Микроворсинки — это выступы клеточной мембраны в форме пальца на внешней стороне клетки. Внутри ворсинки находятся актиновые филаменты, которые ее стабилизируют. Для дополнительной стабильности ворсинки соединены с цитоскелетом.

Функции:

Увеличение площади поверхности для лучшего всасывания веществ. Это особенно важно для эпителия, где происходит активный транспорт веществ.

 

---