6. Структурная организация плазмалеммы.
Основными компонентами клетки являются биомембраны, цитоплазма и ядро.
Снаружи клетку ограничивает плазмалемма. Она имеет толщину 8-12нм. Строение мембраны можно представить схемой:
Мембрана – полупроницаемая структура и благодаря этому регулирует обмен веществ между клеткой и средой. Кроме того мембрана содержит ферменты и системы активного транспорта ионов Na+ и К+.
Транспорт веществ через мембрану. Липидный бислой практически непроницаем для большинства полярных водорастворимых молекул, так как ее внутренний слой гидрофобный. В связи с этим сформировался ряд приспособлений для поступления веществ в клетку.
Пассивный транспорт веществ:
- простая диффузия – поступление газов при клеточном дыхании;
- облегченная диффузия – при помощи каналов и переносчиков преимущественно в одном направлении по градиенту концентрации без затрат энергии;
- осмос – диффузия растворителя (воды) через полупроницаемую мембрану по градиенту концентрации.
Активный транспорт – перенос молекул через мембрану с помощью специальных белков против градиента концентрации или электрохимического градиента, с затратой энергии АТФ.
Транспорт агрегатных крупных молекул:
- эндоцитоз – пиноцитоз и фагоцитоз, при этом образуются крупные плотные эндоцитозные пузырьки – фагосомы;
- экзоцитоз – процесс выделения макромолекул.
На поверхности мембраны может находиться ряд специальных образований – микроворсинки, реснички и т.д. У животных на внешней поверхности клеток обнаружены гликопротеиды, образующие гликокаликс. Считают, что они способствуют объединению однотипных клеток в ткани. У растений наружной структурой клетки является клеточная стенка. Кроме того на поверхности мембраны имеются:
- электрически заряженные группы, поддерживающие разность электрических потенциалов;
- рецепторы для гормонов и других соединений;
- рецепторы, отвечающие за индивидуальную тканевую совместимость.
Подводя итог всего выше сказанного, можно выделить следующие функции мембран:
- делят клетку на отсеки – компартменты;
- регулируют метаболические потоки;
- поддерживают разницу концентрации веществ;
- создают разницу электрических потенциалов;
- участвуют в процессах синтеза и катализа;
- упорядочивает расположение ферментов и обменных процессов.
7. Цитоплазма и органоиды клеток.
Цитоплазма – основная масса клетки, все ее содержимое, кроме ядра. Состоит из цитозоля, органелл и включений.
Цитозоль – до 55% объема клетки, не содержит органелл. Это коллоид, содержащий до 10тыс. различных видов белков, преимущественно ферментов. Это среда, где происходит одновременно тысячи биохимических реакций (до 70% всех ре6акций). Цитозоль обеспечивает органоиды клетки всем необходимым, поддерживает постоянство концентрации воды, газов, субстратов химических реакций и т.д.
Цитоскелет – сетка белковых фибрилл и микротрубочек, укрывающих изнутри цитоплазматическую мембрану и пронизывающих внутреннее пространство клетки. Встречаются у всех эукариотов, является основой ворсинок и жгутиков простейших, хвостика сперматозоида, веретена деления клеток. Состоит из трех типов структур:
- микротрубочки (самые толстые, состоят из нескольких белковых фибрилл, содержат тубулин);
- микрофелламенты (самые тонкие, сократимые, содержат актин);
- промежуточные феламенты (состоят из нескольких феламентов).
Фибриллы цитоскелета могут при необходимости собираться из мономеров и распадаться после выполнения функций.
Функции цитоскелета:
- поддержание объема и формы клетки;
- изменение формы клетки (например, формирование псевдоподий);
- движение органоидов и транспортных везикул;
- образование мультиферментных компонентов;
- структурирование цитозоля;
- образование веретена деления;
- образование ворсинок и жгутиков;
- образование межклеточных контактов;
- обеспечение сократительной функции мышц.
Органоиды клетки делят на немембранные (рибосомы, центриоли, микротрубочки, микрофилламенты) и мембранные. Последние в свою очередь делят на одномембранные (ЭПС, АГ, лизосомы, пероксисомы, вакуоли) и двумембранные (митохондрии и пластиды).
Также органоиды делят на органоиды общего назначения (есть практически у всех клеток) и органоиды специального назначения (присутствуют только у определенного типа клеток – жгутик, ундулирующая мембрана, сократительные волокна мышц, акросома сперматозоида и т.д.).
Эндоплазматическая сеть. Отсутствует у прокариотов, сперматозоидов и зрелых эритроцитов. Состоит из сети мембранных трубочек, цистерн и везикул. Связана одним концом с оболочкой ядра, а другим с плазмалеммой. Структуры ее очень лабильны, изменяются в зависимости от физиологического состояния клетки, характера обмена, роста и дифференцировки. Бывает агранулярная (хорошо развита в клетках, выполняющих секреторную функцию, мышечных и пигментных клетках) и гранулярная (несет рибосомы, хорошо развита в клетках печени, поджелудочной железы, секреторных клетках, выделяющих белковые вещества).
Функции ЭПС:
- образование внутренних компартментов;
- в матриксе накапливаются, хранятся и модифицируются синтезированные вещества;
- транспорт веществ;
- образование большой мембранной поверхности внутри клетки;
- внутренний скелет.
Аппарат Гольджи (АГ) – состоит из десятков уплощенных дисковидных мембранных цистерн, мешочков, трубочек, везикул. Хорошо развит у секретирующих клеток. Внутренний матрикс содержит специфические ферменты. Имеет зону формирования и зону дозревания.
Функции АГ:
- накопление и модификация синтезированных веществ;
- образование сложных секретов и секреторных везикул;
- синтез и модификация углеводов и гликопротеидов;
- восстановление цитоплазматической мембраны;
- образование лизосом;
- образование пероксисом;
- формирование акросомы сперматозоида;
- синтез и формирование желтка.
Лизосомы – небольшие круглые тельца (0,2-0,8 мкм) встречаются у растений и животных в любом месте клетки. Содержат гидролитические ферменты (протеазы, нуклеазы, липазы и т.д.) – до 40 видов. Они разрушают микроорганизмы и вирусы, разрушенные структуры; временные органы эмбрионов и личинок. Сливаясь с фагосомами переваривают их содержимое. Непереваренный остаток – остаточное тельце.
Функции лизосом:
- переваривание веществ поступающих извне;
- переваривание внутриклеточных макромолекул (аутофагоцитоз);
- переваривание мертвых клеток;
- рециркуляция органических молекул.
Пероксисомы – маленькие сферические тельца, встречаются практически во всех клетках эукариотов, диаметр 0,3-1,0 мкм, образуются в АГ. Содержат ферменты для разрушения перекиси водорода.
Вакуоли – полости цитоплазмы, окруженные мембраной и заполненные жидкостью. Встречаются разные типы вакуолей. Чаще встречаются у растений и простейших. Функции:
- обеспечивают тургорное давление;
- сохраняют и накапливают питательные вещества и продукты обмена;
- сократительные вакуоли выводят продукты обмена.
Митохондрии – органоиды, в которых энергия химических связей органических веществ превращается в энергию фосфатных связей АТФ. Это крупные овальные органоиды (0,2-2 мкм), имеют двойную мембрану. Не встречаются у анаэробов и эритроцитов. В цитоплазме расположены хаотично, но чаще в районе ядра или местах с высокой потребностью в энергии. Могут перемещаться в клетке. Количество в клетке изменяется в зависимости от активности клетки от десятков до тысяч.
Имеет внешнюю и внутреннюю мембраны с узким межмембранным пространством. Внешняя мембрана легко проницаема для многих небольших молекул, содержит ферменты превращающие вещества в субстраты реакций. Внутренняя мембрана плохо проницаема для большинства веществ. Образует кристы – выросты в матрикс. Несет следующие группы ферментов:
- катализаторы ОВР дыхательной цепи и транспорта электронов. Образуется избыток Н+ в межмембранном пространстве;
- транспортные белки, участвующие в образовании градиента Н+;
- комплекс АТФ-синтетазы.
Межмембранное пространство участвует в образовании градиента Н+ на внутренней стороне мембраны, необходимого для синтеза АТФ.
Матрикс – внутреннее пространство. Содержит ферменты разрушающие органические вещества до СО2 и Н2О.
Митохондрии имеют собственную кольцевую ДНК и размножаются делением. Во время деления клетки более-менее равномерно распределяются между дочерними клетками.
Пластиды – специфические органоиды растений и некоторых простейших жгутиковых. Делятся на три типа:
- хлоропласты – зеленые пластиды осуществляющие фотосинтез;
- хромопласты – желто-оранжевые пластиды, обеспечивающие окраску плодов, цветов, осенних листьев и т.д.;
- лейкопласты – бесцветные пластиды, накапливающие запасные вещества.
Наиболее сложная внутренняя структура характерна для хлоропластов. Их внутренняя мембрана образует систему тилакоидов и гран на мембранах которых и осуществляется фотосинтез. Все пластиды так же как митохондрии имеют собственную ДНК и частично автономны.
Рибосомы – небольшие немембранные органоиды клетки, встречающиеся у про- и эукариотов, а также в матриксе митохондрий и пластид. У эукариотов их размер составляет 15-35 нм, у прокариотов несколько меньше. Состоят из двух субъединиц. Расположены в цитоплазме или связаны с мембранами ЭПС.
Субъединицы образуются в ядрышке и через ядерные поры поступают в цитоплазму, где собираются. Функция – синтез белка. Количество зависит от состояия клетки. Часто образуют полисомы – на одной молекуле и-РНК 5-70 рибосом.
Клеточный центр, или центросома – состоит из центриоли и лучевой сферы. Центриоль – цилиндрическое тельце длиной 0,3-0,5 мкм и диаметром 0,15 мкм. Стенки состоят из 9 пар параллельных трубочек. Расположен около ядра на одной оси с центром ядра и клетки. Функции:
- образует веретено деления;
- центриоли участвуют в образовании микротрубочек цитоскелета;
- образует базальное тельце в основании жгутика.