Прокариоты

       1. Прокариоты

       Все живые организмы на Земле подразделяют на доклеточные формы, которые не имеют типичного клеточного строения (это вирусы и бактериофаги), и клеточные, имеющие типичное клеточное строение. Эти организмы в свою очередь подразделяют на две категории:

       1) доядерные прокариоты, которые не имеют типичного ядра. К ним относят бактерии и сине-зеленые водоросли;

       2) ядерные эукариоты, которые имеют типичное четко оформленное ядро. Это все остальные организмы. Прокариоты возникли гораздо раньше эукариот в архейскую эру.

       Типичная  бактериальная клетка снаружи окружена клеточной стенкой, основой которой  является пептидгликан. Клеточная стенка определяет форму бактериальной клетки. Поверх клеточной стенки имеется слизистый слой, который выполняет защитную функцию.

       Под клеточной стенкой располагается  плазматическая мембрана. Вся клетка внутри заполнена цитоплазмой, которая  состоит из жидкой части (гиалоплазмы, или матрикса), органелл и включений.

       Гиалоплазма представляет собой коллоидный раствор  биомолекул, который может существовать в двух состояниях: жидкости (в благоприятных условиях) и геля (при плохих условиях, когда увеличивается плотность гиалоплазмы). Наследственный аппарат: одна крупная, лишенная защитных белков, молекула ДНК, замкнутая в кольцо, – нуклеоид. В гиалоплазме некоторых бактерий есть также короткие кольцевые молекулы ДНК, не ассоциированные с хромосомой или нуклеоидом, – плазмиды.

       Мембранных  органелл в прокариотических клетках  мало. Есть мезосомы – внутренние выросты  плазматической мембраны, которые считаются функциональными эквивалентами митохондрий эукариот. В автотрофных прокариотах – цианобактериях и иных – обнаруживают ламелы и ламелосомы – фотосинтетические мембраны. На них находятся пигменты хлорофилл и фикоцианин.

       Немембранные органеллы: рибосомы, как и у эукариот, состоят из двух субъединиц: большой и малой. Они имеют маленькие размеры, распложены беспорядочно в гиалоплазме. Рибосомы ответственны за синтез бактериальных белков.

       Некоторые бактерии имеют органеллы движения – жгутики, которые построены из микрофиламентов. Бактерии имеют органеллы узнавания – пили (фимбрии), которые расположены снаружи клетки и представляют собой тонкие волосовидные выросты.

       В гиалоплазме также имеются непостоянные включения: гранулы белка, капли  жиров, молекулы полисахаридов, соли.

       Общие сведения об эукариотической  клетке

       Каждая  эукариотическая клетка имеет обособленное ядро, в котором заключен отграниченный  от матрикса ядерной мембраной генетический материал (это главное отличие  от прокариотических клеток). Генетический материал сосредоточен в виде хромосом, состоящих из нитей ДНК и белковых молекул. Деление клеток происходит посредством митоза (а для половых клеток – мейоза). Среди эукариотов есть как одноклеточные, так и многоклеточные организмы.

         Существует несколько теорий происхождения эукариотических клеток, одна из них – эндосимбионтическая. В гетеротрофную анаэробную клетку проникла аэробная клетка типа бактериоподобной, которая послужила базой для появления митохондрий. В эти клетки начали проникать спирохетоподобные клетки, которые дали начало формированию центриолей. Наследственный материал отгородился от цитоплазмы, возникло ядро, появился митоз. В некоторые эукариотические клетки проникли клетки типа сине-зеленых водорослей, которые положили начало появлению хлоропластов. Так впоследствии возникло царство растений. 

         СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЭУКАРИОТИЧЕСКИХ  КЛЕТОК

         Для эукариотических клеток характерно также наличие большого количества генетического материала, сосредоточенного в хромосомах, что обеспечивает им большие возможности в дифференцировке и специализации. Им присуща компартментализация, обеспеченная наличием внутренних мембранных систем. В отличие от прокариотических клеток в эукариотических клетках имеется ядрышко.

         Различают ряд структурных компонентов клетки, а именно:

1. Мембранная система.
2. Цитоплазматический матрикс (основное вещество клеток).
3. Клеточные органеллы (внутриклеточные компартменты).
4. Клеточные включения.

         1. Мембранная система представлена цитоплазматической  мембраной, цитоплазматической сетью  и пластинчатым комплексом Гольджи.

       а) цитоплазматическая мембрана это комплекс бислоя фосфолипидов с протеинами и полисахаридами. Через нее в клетку входят питательные вещества и выходят продукты секреции.

       Функции:

       1) компартментализация – подразделение содержимого клетки на отдельные ячейки. Этим достигается высокая упорядоченность внутреннего содержимого эукариотической клетки. Компартментализация способствует пространственному разделению процессов, протекающих в клетке. Отдельный компартмент (ячейка, отсек) представлен какой-либо мембранной органеллой  или ее частью.

       2) барьерная (отграничение внутреннего содержимого клетки);

       3) структурная (придание определенной формы клеткам в соответствии с выполняемыми функциями);

       4) защитная (за счет избирательной проницаемости, рецепции и антигенности мембраны);

       5) регуляторная (регуляция избирательной проницаемости для различных веществ;

       6) адгезивная функция (все клетки связаны между собой посредством специфических контактов;

       7) рецепторная (за счет работы периферических белков мембраны, которые воспринимают раздражители;

       7) электрогенная (изменение электрического потенциала поверхности клетки за счет перераспределения ионов калия и натрия;

       8) антигенная: На поверхности каждой клетки имеются белковые молекулы, которые специфичны только для данного вида клеток. С их помощью иммунная системы способна различать свои и чужие клетки.

         б) эндоплазматическая сеть (эпс, эпр) система сообщающихся или отдельных трубчатых каналов и уплощенных цистерн, расположенных по всей цитоплазме клетки. Они отграничены мембранами.

          - Различают гранулярный (шероховатый) эпр, на каналах которого расположены рибосомы. Здесь протекает синтез белков, продуцируемых клеткой на экспорт, происходит образование липидов и белков цитоплазматической мембраны и их сборка.,

         -и агранулярный (гладкий) эпр, на котором нет рибосом, Здесь протекает в синтез жиров, стероидных гормонов, а также углеводов. По каналам гладкой ЭПС происходит перемещение готового материала к месту его упаковки в гранулы (в зону комплекса Гольджи).

         Цитоплазматическая  сеть соединена с цитоплазматической мембраной, ядерной мембраной и пластинчатым комплексом Гольджи. Это позволяет синтезируемым белкам проходить в комплекс Гольджи, откуда после специальной обработки они выводятся из клетки.

         в) Комплекс Гольджи. Основная функция комплекса Гольджи - место упаковки белков, а также присоединения к белкам углеводов, а к полисахаридам — сульфатных групп с последующим транспортом их к другим клеточным структурам или за пределы клетки (экзоцитоз). Он участвует также и в формировании лизосом.

         2. Цитоплазматический  матрикс. Является основным веществом (цитоплазмой, гиалоплазмой) клетки. Она состоит из жидкой части – гиалоплазмы (матрикса) органелл и цитоплазматических включений.

       Гиалоплазма – основное вещество цитоплазмы, заполняет  все пространство между плазматической мембраной, оболочкой ядра и другими  внутриклеточными структурами. Гиалоплазма - сложную коллоидная система, способная существовать в двух состояниях: жидком и гелеобразном, которые взаимно переходят одно в другое. В нем растворены многие ферменты и белки, обеспечивающие связывание и транспорт питательных веществ, микроэлементов и кислорода. Здесь же находятся аминокислоты и нуклеотиды, а также различные метаболиты, присутствуют различные коферменты, а также АТФ, АДФ, ионы.

       Функции гиалоплазмы:

       1) образование внутренней среды клетки, которая объединяет все органеллы и обеспечивает их взаимодействие;

       2) поддержание определенной структуры и формы клетки, создание опоры для внутреннего расположения органелл;

       3) обеспечение внутриклеточного перемещения веществ и структур;

       4) обеспечение обмена веществ как внутри самой клетки, так и с внешней средой.

         В цитоплазме содержатся микротрубочки и микрофиламенты (нити).

       Микротрубочки являются структурными элементами жгутиков, центриолей, веретена деления, ресничек. Функции микротрубочек:

       1) являются опорным аппаратом клетки (цитоскелет);

       2) определяют формы и размеры клетки;

       3) являются факторами направленного перемещения внутриклеточных структур.

         Основная функция микрофиламентов заключается в обеспечении сократительных процессов клеток, в упрочении мембран.

         3. Клеточные органеллы.  Представлены ядром, хромосомами, ядрышком, клеточным центром, митохондриями, рибосомами, лизосомами.

         а) Ядро содержит наследственную информацию для роста и размножения клеток. В зрелом состоянии эритроциты млекопитающих и клетки ситовидных трубочек покрытосеменных растений лишены ядер, тогда как клетки скелетных мышц позвоночных и млечных сосудов растений являются многоядерными. Для инфузорий характерно наличие двух ядер — одно небольшое (микронуклеус) и одно крупное  (макронуклеус).

         В ядре содержатся хромосомы и ядрышки. Содержимое ядра - нуклеоплазма. Она отделена от цитоплазмы ядерной мембраной, имеющей поры. Ядерная мембрана и ядерные поры объединены с мембранной системой клетки, в результате чего клетка канализирована различными проходами, обеспечивающими двухстороннее движение веществ, начиная от плазматической мембраны.

       Функции ядра - центр обособление генетического материала (хромосом) от цитоплазмы, регуляция двусторонних взаимоотношений между ядром и цитоплазмой.

         б) Хромосомы. Располагаются в ядре. Они имеют форму палочек, нитей, петель. Диплоидный набор хромосом называют кариотипом. Хромосомы во время деления клеток организуются из хроматина.

         Хроматин состоит из ДНК (15%), белков (75%), и РНК (10%). Различают хромосомные белки двух типов -— основные белки - гистоны, и кислые - негистоновые.

         Гистонам (40 %) принадлежат регуляторная (прочно соединены с ДНК и препятствуют считыванию с нее информации) и структурная функции (организация пространственной структуры молекулы ДНК). Негистоновые белки: ферменты синтеза и процессинга (созревания) РНК, репарации редупликации ДНК, структурная и регуляторная функции.

          в) Ядрышко — локализуется в ядре. Является местом синтеза рРНК. Синтезируемая рРНК объединяется с белком и образующиеся рибонуклеопротеиды служат затем материалом для сборки субъединиц рибосом.

       г)клеточный центр состоит из двух центриолей, каждая из которых представляет собой полый цилиндр. Из центриолей клеточного центра во время деления клетки образуются нити веретена деления, чем достигается равномерное расхождение сестринских хромосом (хроматид) при митозе.

         д)Митохондрии присутствуют во всех клетках организмов, которые используют для дыхания кислород. Митохондрии образованы наружной и внутренней мембранами. Внутренняя мембрана формирует складки (кристы). Митохондрии способны к самовоспроизведению путем деления.