Классы клеток

Электронная м и крофотография клетки Е. colt стрелкой показано расположение нуклсоида, в котором заключена хромосома

Рис. 1.3. Электронная м и крофотография клетки Е. colt стрелкой показано расположение нуклсоида, в котором заключена хромосома

Существует два больших класса клеток, отличающихся по строению и функциям. Наиболее древними и простыми по строению являются прокариотические клетки. Основные свойства, характерные для прокариот, можно рассмотреть на примере бактерий. Это одни из наиболее простых по строению клеток, отличающиеся малыми размерами и примитивным строением. Они не имеют ядра, и их генетический материал не защищен дополнительной внутриклеточной мембраной. Как правило, бактерии получают необходимую энергию из окружающей среды, причем глюкоза является основным ее источником. Разновидностью бактерий являются синезеленые водоросли, или цианобактерии, имеющие фотосистему, подобную растительным клеткам. Цианобактерии способны фиксировать азот, углекислый газ и выделять кислород. Таким образом, их нормальная жизнедеятельность может протекать при наличии только воды и воздуха.

Одной из наиболее изученных прокариотических клеток является кишечная палочка Escherichia coli (Е. co/i), обитающая в желудочно-кишечном тракте многих животных и человека (рис. 1.3).

Как и все прокариоты, Е. coli имеет клеточную стенку, к которой с внутренней стороны примыкает клеточная мембрана. Кроме большой двухцепочечной ДНК, локализованной в нуклеоиде, Е. coli, подобно другим прокариотам, содержит несколько мелких кольцевых ДНК, которые называются плазмидами. Бактерии способны передвигаться в водной среде при помощи мембранных структур, называемых жгутиками. Важнейшая роль цитоплазматической мембраны заключается в избирательном транспорте питательных веществ в клетку и продуктов метаболизма из клетки. В цитоплазме Е. coli локализованы рибосомы, секреторные гранулы, а также запасники питательных веществ — жиров или углеводов. Для прокариотических клеток характерно образование нитевидных ассоциатов, которые в определенных условиях могут диссоциировать на отдельные клетки.

Эукариотические клетки содержат ядро, цитоплазму, внутриклеточные органеллы, а также цитоскелет. По размеру они во много раз превышают клетки прокариот. В частности, диаметр средней эукариотической клетки превышает таковой у прокариот в 10—15 раз. Еще в большей степени отличается объем клеток. У эукариот он может быть на три-четыре порядка больше, чем у прокариот. Отличительной особенностью эукариотических клеток является также наличие различных по строению и выполняемым функциям внутриклеточных органелл (рис. 1.4).

Эукариотическая клетка

Рис. 1.4. Эукариотическая клетка:

/ — ялро; 2 — ядрышко; 3 — ядерная мембрана; 4 — митохондрии; 5 — лизосомы; 6 — аппарат Гольджи; 7— пинониточный пузырек; 8 — клеточная мембрана;

9 — эндоплазматический ретикулум

Ядро является самой большой внутриклеточной органеллой и, несомненно, самой значимой, так как в ней локализован генетический материал клетки. Ядро ограничено двухслойной мембраной, пронизанной большим числом ядерных пор, которые совместно с ядерными рецепторами являются основным инструментом ядерно-цитоплазмен- ных взаимоотношений. В ядре имеется сферическое образование, так называемое ядрышко. Форма его лабильна и может изменяться в процессе функционирования клетки. В некоторых клетках локализовано два и более ядрышек. Этот локус ядра является хранилищем РНК, которая затем транспортируется в цитоплазму. Остальную часть ядра занимает хроматин, состоящий из ДНК, белка и небольшого количества РНК. В ядре локализовано более 90% всей клеточной ДНК, образующей комплекс с ядерными белками.

Митохондрии входят в состав всех эукариотических клеток. Число митохондрий, их форма и размеры зависят от типа и метаболического статуса клеток.

Как правило, эти органеллы по размерам сопоставимы с прокариотическими клетками, что наряду с другими фактами послужило основанием для следующего предположения: митохондрии являются

Строение митохондрий

Рис. 1.5. Строение митохондрий:

/ — внутренняя мембрана; 2— внешняя мембрана; 3 — кристы; 4 — содержимое межмембранного пространства; 5 — матрикс

Псроксисомы из почки лошади

Рис. 1.6. Псроксисомы из почки лошади: стрелками показаны два кристаллоида

прокариотическими клетками, вступившими в симбиоз с клетками эукариот (рис. 1.5). Митохондрии ограничены двойной мембраной, причем внутренняя имеет множество складок, которые называются кристами. Внутреннее пространство заполнено гелеобразной жидкостью — матриксом. И внешняя, и особенно внутренняя мембраны митохондрий оснащены ферментами, большинство из которых связано с основной функцией митохондрий — выработкой энергии, необходимой для процессов жизнедеятельности. В митохондриях содержится небольшое количество ДНК, РНК и рибосом. Набор этих структур обеспечивает возможность автономного синтеза белка митохондриями.

Пвроксисомы — внутриклеточные органеллы с однослойной мембраной. Для них характерен тонкозернистый матрикс и отчетливо идентифицируемое уплотнение в центре органеллы — так называемый кристаллоид. В пероксисо- мах локализованы ферменты, окисляющие органические кислоты, а также такие ферменты антиоксидазной системы, как каталаза и пероксидаза (рис. 1.6).

Лизосомы также ограничены однослойной мембраной. Матрикс их оптически неоднороден и содержит ряд уплотнений. В лизосомах локализован набор гидролитических ферментов, участвующих в разрушении продуктов клеточного метаболизма, причем при помощи специального протонного насоса поддерживается низкое значение pH (не более 4,5), способствующее эффективному гидролизу. Внутриклеточные структуры, подлежащие разрушению, поступают в лизосомы, где и подвергаются гидролизу. Процесс селекции и поступления в лизосомы только отработанного материала обусловлен его специфическим мечением. Так, нативные белки в лизосомы не поступают. По истечении же времени функционирования происходит их инактивация цитоплазматическими протсиназами или присоединение убиквитина, что является сигналом для транспорта в лизосомы модифицированного белка. Кроме молекул, лизосомы могут разрушать органеллы или целые клетки (митохондрии, эритроциты). Процесс транспорта веществ в лизосомы является энергозависимым и требует затраты энергии. В растительных клетках гидролитические ферменты обычно локализованы в вакуолях — прообразе лизосом.

Аппарат Гольджи расположен вблизи ядра и состоит из ряда вытянутых в виде дисков одинарных мембран (рис. 1.7). Играет существенную роль в созревании и секреции белков. С аппаратом Гольджи ассоциированы так называемые секреторные гранулы, которые после заполнения их секретируемым материалом перемешаются к клеточной мембране, сливаются с ней и выбрасывают содержимое во внеклеточное пространство. Пересекая мембраны аппарата Гольджи, белки подвергаются химической модификации, которая определяет их дальнейший транспорт. Секреторные и мембранные белки перемешаются в секреторные гранулы, а дефектные поступают в л изосомы.

Цитоскелет состоит из микротрубочек, микрофиламентов и микротрабе- кулярной сети. В свою очередь, микротрубочки состоят из упакованных белковых нитей, построенных из а- и Р-тубулина и расположенных вокруг полой сердцевины. Они участвуют в транспорте веществ и делении клеток. Микро- филаменты также состоят из нитей, представляющих собой ожерелья соединенных друг с другом белковых молекул. Эти нити способствуют различным клеточным перемещениям. Микротрабекулярная сеть также состоит из тонких белковых нитей, способствующих стабилизации формы клеток.

Цитозоль —жидкая среда клетки, в которой находятся многие клеточные компоненты, например рибосомы, и различные макромолекулы, участвующие в процессах клеточного метаболизма.

Цитоплазматическая мембрана ограничивает размеры клеток. У животных во внешней ее части (так называемой клеточной оболочке) локализованы рецепторы — гликопротеины, принимающие и передающие сигналы вовнутрь клетки. Кроме того, в клеточной оболочке находятся сайты узнавания родственных клеток; благодаря им клетки находят и соединяются друг с другом. Оболочка ассоциирована с двухслойной полупроницаемой мембраной, которая селективно отбирает те вещества, которые необходимо пропускать в цитоплазму и элиминировать во внеклеточное пространство. У растений, кроме мембраны, имеется клеточная стенка, пронизанная большим числом отверстий, необходимых для контакта клеток между собой и для обмена веществ.

Аппарат Гольджи

Рис. 1.7. Аппарат Гольджи

Другим существенным отличием растительных клеток является наличие уникальных органелл — хлоропластов, преобразующих солнечную энергию в химическую.

Совокупность биохимических процессов, протекающих в клетках и обеспечивающих их жизнедеятельность, называется обменом веществ или метаболизмом. В клетку постоянно поступают метаболиты, которые подвергаются определенным превращениям, вовлекаясь в обменные процессы. Эти процессы можно разделить на два типа: анаболические, связанные с синтезом новых структур, и катаболические — реакции деградации, распада сложных веществ до более простых. Процессы анаболизма и катаболизма связаны друг с другом и в физиологических условиях протекают строго согласованно. Кроме обмена химических веществ, в клетках постоянно проходит обмен энергии. Химическая форма энергии, поступившая в клетку, затрачивается на синтез жизненно необходимых веществ, превращается в теплоту и выводится во внеклеточное пространство.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >