12.4.1. Строение клетки

Клетки животных и растений различаются, но для них можно выделить три главные общие части:

• цитоплазму,

• клеточную, или плазматическую, мембрану, отделяющую цитоплазму от окружающей среды,

• клеточное ядро (рис. 12.14).

Живое вещество клетки (протоплазма) представляет собой студнеобразную массу и содержит множество структурных эле­ментов меньшего-размера, чем сама клетка, которые называются органеллами. Наружная часть протоплазмы называется клеточной мембраной, а внутренняя часть — цитоплазмой, состоящей из воды (80%), белка и аминокислоты (10%), углеводов (5%).

Триплеты микротрубочек

Окаймленная ямка

ЖИВОТНАЯ КЛЕТКА

Рис. 12.14. Строение клетки.

Цитоплазму и протоплазму, как ее живую субстанцию, можно считать тем живительным микроокеаном, где процессы диссими­ляции и ассимиляции обеспечивают переход от неживого к живо­му. В них и происходит обмен веществ. Задача протоплазмы со­стоит в обеспечении структурной основы обмена веществ, про­странственного размещения молекулярных компонентов клетки, связанных с их движением и обеспечением процессов жизнеде­ятельности. По существу, протоплазма является совокупностью не только материальных компонентов, содержащихся в ней, но и процессов, обеспечивающих метаболизм. Поскольку протоплазма заполнена разными органеллами, внутриклеточными белковыми молекулами, составляющими цитоскелет, или клеточный мат- рикс, то можно ее считать упорядоченной структурой.

Органеллы — это рабочие субстанции клетки, выполняющие те или иные функции: производят энергию или приводят клетку в движение, служат для разделения клетки на области (или для выделения внутри нее областей) с разными условиями и содер­жат разные наборы молекул. К органеллам относятся ядра, эндо- плазматический ретикулум, рибосомы, лизосомы, митохондрии, жгутики, комплексы Гольджи, хлоропласты.

Ядро содержит полимерные молекулы дезоКсирибонуклеиновой кислоты (ДНК), в которой закодирована вся информация о дан­ном виде, и является хранителем генетической информации. В ря­де одноклеточных организмов, называемых прокариотическими, ядро может отсутствовать. Роль хранителя генетической информа­ции в них играет нуклеотид, не имеющий оболочки и состоящий из одной ДНК размером 1—5 мкм. Клетки, имеющие четко выра­женные ядра, отделенные мембраной от остальной цитоплазмы, называются эукариотическими, их размер — 10—50 мкм. Размеры органелл составляют от 20 нм до 5 мкм (рибосомы ~20 нм, ядра, митохондрии, хлоропласты ~ 1—5 мкм).

Образное сравнение размеров клетки и содержащихся в ней веществ приводит английский ученый Дж. Кендрью [87]: «Пред­ставьте себе, что увеличили человека до размеров Великобритании, тогда клетка имеет размер фабричного здания. Внутри клетки на­ходятся содержащие тысячи атомов большие молекулы, в том чис­ле молекулы нуклеиновой кислоты. Так вот даже при таком гро­мадном увеличении, которое мы себе вообразили, молекулы нукле­иновой кислоты будут меньше электрических проводов».

Эндоппазматический ретикулум (ЭР) — это система внутри­клеточных мембран, каналов, пузырьков, трубочек, пронизы­вающих цитоплазму, которые делят клетку на отдельные отсе­ки — компартменты. В ЭР для нужд самой клетки и других кле­ток организма синтезируются молекулы доставленного вещества. Комплекс Гольджи — характерная структура, состоящая из со­бранных в стопки дисковидных мембран, которые связаны друг с другом многочисленными пузырьками, отшнуровывающимися от ЭР. С помощью этих пузырьков, выполняющих транспортные функции, молекулы вещества, предназначенные для удаления из клетки и упакованные в гранулы, выводятся за пределы клетки.

Рибосома является сложной органеллой, в которой происхо­дит синтез белка из аминокислот. Она также прикреплена к ЭР и состоит из комплекса молекулярных белков и рибонуклеино­вой кислоты (РНК). Жгутики — белковые органеллы, отходя­щие от поверхности клетки в виде вытянутых отростков длиной 1—20 мкм. С помощью жгутика клетка перемещается в жидкой среде. Митохондрия представляет собой палочкообразную орга- неллу диаметром ~1 мкм и длиной около 7 мкм и имеет двой­ную мембрану. На внутренней мембране локализован фермент, ответственный за синтез аденозинтрифосфата (АТФ).

Митохондрии являются «микроэнергетическими станциями» клетки: в них происходят сложные биохимические реакции, в результате которых накапливается энергия за счет расщепления углеводов, жирных кислот, аминокислот, и превращение этой энергии в АТФ. АТФ является хранилищем внутриклеточной энергии, необходимой для процессов доставки, синтеза, транс­портировки и выведения молекул из клетки. Количество мито­хондрий в клетке — до нескольких тысяч. Лизосомы — органел­лы, перерабатывающие отходы, которые возникают в ходе мета­болических процессов, расщепляя их на простые продукты, которые, растворяясь, покидают клетку через плазматическую мембрану. Они и представляют собой мелкие пузырьки, ограни­ченные мембраной.

В структуру растительной клетки дополнительно входят плас­тиды — хлоропласты, хромопласты, лейкопласты. Хлоропласт — органелла диаметром 5—10 мкм, состоящая из комплекса мемб­ран, двойной наружной и внутренних в виде стопок дисков, содержащих компоненты фотосинтезирующего аппарата. В нем имеется хлорофилл, преобразующий внешнюю световую энер­гию в химическую энергию АТФ, которая расходуется на обра­зование углерода из углекислого газа. Хромопласт содержит раз­личные пигменты, а лейкопласты — крахмал. Все эти органеллы вместе с цитоплазмой клетки отделяются друг от друга и внеш­ней среды плазматической мембраной — полупроницаемым мо­лекулярным барьером, контролирующим движение молекул и ионов в клетку и из клетки.