1.3. Строение клеток эукариот

В общих чертах строение клеток животных, растений и микроорганизмов имеет много общего. Всякая клетка состоит из цитоплазмы и ядерного материала, которые снаружи ограничены цитоплазматической мембраной. Однако есть и существенные отличия.

Клеточная стенка имеется не у всех эукариот. Ее имеют клетки растений, дрожжей и водорослей. Клетки животных представлены протопластом (клеточной стенки нет).

Жгутики и реснички служат двигательными органеллами клеток простейших, водорослей, а также сперматозоидов и клеток мерцательного эпителия.

Структура ядра и способ его деления – важнейшие и самые характерные признаки, отличающие эукариотическую клетку от прокариотической. Ядро эукариот окружено двойной мембраной (ядерной оболочкой). Внешняя ядерная мембрана связана с цитоплазматической мембраной и эндоплазматической сетью. В оболочке ядра имеются сравнительно большие поры, через которые биомолекулы могут выходить в цитоплазму.

Главная функция ядра – хранение наследственной информации, закодированной в молекулах ДНК, связана с многочисленными белками (гистонами) и вместе образуют упорядоченные структурные субъединицы, называемые хромосомами.

В ядре на хромосомной ДНК образуется информационная (или матричная) РНК. Ядрышко, находящееся внутри ядра, имеет ядрышковую ДНК, хранящую информацию для построения рибосомной РНК и, вероятно, транспортной РНК. Обе эти РНК синтезируются в ядрышке, откуда поступают в ядро, а затем вместе с матричной РНК выходят через ядерные поры в цитоплазму.

Цитоплазма эукариот разделена на множество обособленных пространств с помощью мембран, которые вместе образуют эндоплазматическую сеть. На эндоплазматической сети расположена часть рибосом и локализованы многие ферменты, катализирующие синтез компонентов клетки.

Белки, образующиеся в рибосомах, из полости эндоплазматической сети входят в аппарат Гольджи, где подвергаются ковалентным модификациям и после окончательного «созревания» направляются в пункты назначения. Сортировка белков и распределение их по областям клетки – важная функция аппарата Гольджи, не имеющего аналога в клетках прокариот.

В эукариотических клетках, кроме ядра, имеется еще два вида органелл, окруженных мембранами: митохондрии и хлоропласты.

Митохондрии содержатся у всех эукариот. Это палочковидные структуры длиной до 1 500 нм и диаметром до 500 нм, окруженные двумя мембранами (внутренняя мембрана сильно складчатая). Внутренняя мембрана содержит компоненты электрон-транспортной цепи и АТФ-синтетазу. В митохондриях энергия, выделяющаяся при окислении органических веществ, запасается в молекулах АТФ (аденозин-5-трифосфат). В клетках прокариот функцию митохондрий выполняют мезосомы (рис. 1.3).

Хлоропласты имеются только у фотосинтезирующих организмов (растения, водоросли). Они обеспечивают процесс фотосинтеза, т.е. преобразование энергии света в химическую энергию органических веществ.

1.4. Химический состав клеток

Клетки микроорганизмов содержат 80-85 % воды. Соответственно, сухая биомасса составляет 15-20 % от сырой массы клеток. Если клетка содержит много запасного материала (липиды, полисахариды, полифосфаты, сера), доля сухой массы больше (до 30 %).

Содержание основных биополимеров в сухой массе клеток: белки – 50-60 %, РНК – 10-20 %, ДНК – 3-4 %, полисахариды – 10-20 %, липиды – 5-10 %.

Элементарный состав сухого вещества клетки: углерод – 46-50 %, кислород – 28-30 %, азот – 8-12 %, водород – 6-8 %, фосфор – 2-5 %, калий – 1-5 %, сера – 1 %, кальций – 0,5 %, магний – 0,5 %, железо – 0,2 %, прочие элементы – до 1 %.

Углерод, кислород, азот и водород называют органогенными элементами, образующими беззольную массу клеток (92-93 %). Остальные элементы (зольные элементы) входят в состав золы (7-8 %), образующейся при сжигании сухих клеток.

Наиболее простой и широко используемой в расчетах эмпирической формулой беззольной массы клеток является выражение С₅H₇NO₂.

Энергетический эквивалент сухой массы клеток, равный количеству энергии, выделяющейся при сжигании 1 г биомассы, составляет 4,5 ккал/г.

Кислородный эквивалент биомассы, т.е. количество кислорода, затрачиваемое на полное химическое окисление (сжигание) 1 г сухих клеток, равен 1,33 г О₂/г. Для беззольной массы клеток кислородный эквивалент составляет 1,42 г О₂/г, что отвечает эмпирической формуле С₅H₇NO₂.