Цитоплазма клеток. Ядра клеток

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 21.12.2024

Цитоплазма обозначает содержимое ячейки живых и область между плазматической мембраной и ядром клеточной эукариотическим или нуклеоидами клеткой прокариотическим . Другими словами, протоплазма, ограниченная плазматической мембраной, состоит из цитоплазмы и ядра эукариотических клеток, цитоплазмы и нуклеоида в прокариотических клетках. Она состоит из приблизительно 80% воды и определяется как коллоидная эмульсия с гранулированным внешним видом , состоящим из цитозола , в водном растворе из минеральных солей и различных органических соединений , которые вместе с цитоскелетом , формируют гиалоплазму . У эукариот цитоплазма включает несколько органелл, таких как эндоплазматические сети , вакуоли , митохондрии или хлоропласты, образующие морфоплазму , но не включает ядро (содержимое которого называется нуклеоплазмой ). Он также включает рибосомы , которые не считаются органеллами. У прокариот цитоплазма охватывает весь клеточный материал, содержащийся во внутренней (или цитоплазматической) мембране. Он содержит не органеллы, а рибосомы, резервные вещества, плазмиды и кольцевую хромосому .

Цитоплазма может делиться и образовывать студенистую массу вне клетки, называемую эктоплазмой , которая способствует перемещению клеток. Затем он может присутствовать в более жидкой зоне, называемой эндоплазмой , где находится большинство органелл. Цитоплазма представляет собой среду, богатую питательными веществами, которые проникают через плазматическую мембрану и мигрируют к органеллам.

У эукариот цитоплазма состоит из более или менее однородной среды, цитозоля, в которой купаются органеллы. Цитоплазма состоит из сети мембран, известной как эндоплазматический ретикулум (гладкой и шероховатой), которые служат рабочей поверхностью для всех биохимических процессов . Он содержит небольшую часть генома в качестве организма . Хотя большая часть этого генома содержится в ядре клетки, некоторые органеллы в цитоплазме, митохондриях или хлоропластах (у растений ) имеют собственную ДНК . Этот цитоплазматический геном передается большую часть времени по материнскому пути (то есть по женской гамете).

Резюме

Цитоскелет

Цитоплазма состоит из сети белковых нитей, которые придают клетке ее форму и внутреннюю организацию, а также позволяют ей двигаться. Эти нити образуют цитоскелет . Тем не менее, мы можем встретить несколько типов нитей:

что актиновые филаменты или микрофиламенты, типичные мышечные клетки,
на микротрубочки , возникающие разбросаны по гиалоплазме или образуют более сложные структуры, такие как время ахроматической,
промежуточные нити, такие как кератиновые нити, типичные для клеток эпидермиса .

В свою очередь, эта структура поддерживает связь между белками и создает более сложные и стабильные структуры. Они также несут ответственность за цитологическое движение .

Цитозоль

Внутриклеточная среда состоит из жидкости, называемой гиалоплазмой или цитозолем, матрица которой содержит органеллы . В цитоплазме происходят многие биохимические процессы , в том числе гликолиз .

В эукариотической клетке цитозоль может занимать 50-80% объема клетки. Остальной объем занимают молекулы, образующие коллоидную суспензию. Обычно эти молекулы на самом деле являются макромолекулами.

Цитозоль, представляющий собой водянистую жидкость, не имеет стабильной формы или структуры, хотя временно может иметь два типа внешнего вида:

гелевая консистенция (гелеобразное состояние)
жидкая консистенция (основное состояние)

Изменения формы цитозоля позволяют клетке адаптироваться к метаболическим потребностям, а также играют важную роль во время движения клеток.

Рибосома

Рибосомы - это цитоплазматические гранулы, присутствующие во всех клетках, размером примерно двадцать нанометров. Кроме того, они являются носителями рибосомальной РНК . Рибосомы не являются органеллами.

В этих рибосомах в цитоплазме происходит синтез белка. Информационная РНК (мРНК) и транспортная РНК (тРНК) синтезируются в ядре перед тем, как попасть в цитоплазму. Рибосомная РНК (рРНК) выделяется в цитоплазму как рибосомная субъединица. Затем два типа этих субъединиц могут объединяться с молекулами мРНК с образованием активной рибосомы.

В этом случае активные рибосомы могут либо оставаться взвешенными в цитоплазме, либо прикрепляться к шероховатой эндоплазматической сети . Основная функция оставшихся во взвешенном состоянии - синтез следующих белков:

белки, составляющие цитозоль
белки, которые будут строить структурные элементы
белки, составляющие подвижные элементы цитоплазмы
мембранные и матричные белки пероксисом

Рибосома состоит из двух частей, малой субъединицы и основной субъединицы, каждая из которых выходит из ядра. Эксперименты показали, что они удерживаются вместе зарядами, потому что при понижении концентрации ионов Mg 2+ субъединицы имеют тенденцию разделяться.

Лизосома

В лизосомах являются везикулами сферической с диаметром в диапазоне от 0,1 до 1 микрон . Они содержат около пятидесяти ферментов , большинство из которых можно гидролизовать в кислом растворе . Ферменты действительно нуждаются в этом кислотном растворе для оптимального функционирования. Лизосомы удерживают эти ферменты вдали от остальной части клетки, потому что в противном случае они могли бы химически реагировать с элементами и органеллами клетки .

Они используют свои ферменты для повторного использования различных органелл клетки, поглощая их, ассимилируя и затем высвобождая их компоненты в цитозоль. Этот процесс известен как аутофагия , процесс, при котором клетка переваривает свои собственные структуры, которые больше не нужны. Эти структуры окружены пузырьками, которые происходят из эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи , а затем образуют аутофагосому . Если это объединяется с первичной лизосомой, то они образуют аутофаголизосому и следуют тому же процессу, что и ранее.

Во время эндоцитоза материалы собираются вне клетки, затем покрываются плазматической мембраной, образуя фагосому . Лизосома объединяется с фагосомой с образованием фаголизосомы и сбрасывает ее содержимое в лизосому после разложения. После гидролиза полезные молекулы высвобождаются внутри клетки, чтобы присоединиться к метаболическим путям . Остальное устраняется экзоцитозом .

Лизосомы также высвобождают свои ферменты во внешнюю среду посредством экзоцитоза, чтобы разрушить и другие структуры.

Учитывая их роль, мы находим многие из них внутри белых кровяных телец, потому что они способствуют разложению инородных тел.

Вакуоль

Вакуоль карман жидкости окружена мембраной. В растительной клетке есть одна большая вакуоль, а в животной - множество и маленьких по размеру. Окружающая его мембрана называется тонопластом.

Вакуоли растительных клеток содержит раствор из минеральных солей , сахаров , аминокислот , а иногда и пигментов , такие как антоцианы . Он действует не только в качестве резерва пищи (сахаров и аминокислот), но и дать пигментацию на лепестках (благодаря антоцианов) и выполнять функцию лизосом благодаря своим ферментам.

Роль вакуолей в клетках животных заключается в том, чтобы действовать как место, где хранятся белки. Эти белки сохраняются для последующего использования или, скорее, для экспорта за пределы клетки путем экзоцитоза. Во время этого процесса вакуоли сливаются с мембраной, и ее содержимое затем выходит наружу. Вакуоль также может функционировать при эндоцитозе. Затем явление меняется на противоположное, и материалы, которые не могут пересечь мембрану, переносятся внутрь клетки.

Эндоплазматическая сеть

Эндоплазматический ретикулум представляет собой сложную систему мембран, связанных вместе и образующих цитоплазматический скелет. Он организован в виде большой системы каналов, содержащих рибосомы. Его форма может варьироваться, потому что их природа зависит от расположения и расположения ячеек, которые могут быть сжаты или разнесены.

Это набор закрытых полостей с очень разнообразными формами, от плоских лопастей до пузырьков и спиральных трубок с извилистым внешним видом. Они общаются друг с другом и образуют полностью изолированную сеть гиалоплазмы благодаря мембране эндоплазматического ретикулума. Таким образом, цитоплазматическая жидкость делится на две части: цитернальное пространство (или просвет ) внутри эндоплазматического ретикулума и цитозольное пространство снаружи.

Основные функции эндоплазматической сети:

циркулируют вещества, которые не попадают в цитоплазму
служат пространством для химических реакций
синтезировать и транспортировать белки, продуцируемые рибосомами, прикрепленными к мембранам (только в RER)
гликозилатные белки (только RER)
производить липиды и стероиды (только REL)
обеспечить структурный каркас для поддержания формы клетки

Шероховатой эндоплазматической сети

Когда мембрана окружена рибосомами, это называется грубым эндоплазматическим ретикулумом (RER). Основная функция RER - синтез белков. По этой причине он производит больше растущих клеток или секретирует ферменты. Точно так же, если клетка повреждена, это может привести к увеличению синтеза белка, что позволит восстановить повреждение.

Белки трансформируются и перемещаются в области RER: аппарата Гольджи .

Гладкая эндоплазматическая сеть

В отсутствие рибосом его называют гладкой эндоплазматической сетью (REL). Его основная функция - производство клеточных липидов (на практике фосфолипидов и холестерина ), которые образуют строительные блоки клеточных мембран. Остальные клеточные липиды ( жирные кислоты и триглицериды ) синтезируются в цитозоле . По этой причине его больше в секреторных клетках (например, в сальных железах ). Несмотря ни на что, для большинства клеток это остается редкостью.

аппарат Гольджи

Аппарат Гольджи (названный в честь его первооткрывателя Камилло Гольджи ) имеет структуру, аналогичную структуре эндоплазматического ретикулума, но более компактную, чем последний. Он состоит из дискообразных мешочков и расположен рядом с ядром клетки. Каждая стопка мешочков называется диктиосомой . Он составляет около микрометра в диаметре и состоит примерно из шести мешочков, в то время как в эукариотических клетках это число может достигать 30. Конец каждой диктиосомы расширяется и окружен пузырьками, которые либо слились с ней, либо отделились от нее за счет геммалинга.

Аппарат Гольджи структурно и биохимически поляризован. У него есть две разные стороны: цис- сторона (или формирование) и транс- сторона (или созревание). Цис- грань расположена возле мембран эндоплазматического ретикулума. Его мембраны тонкие, а состав похож на ретикулум. Они окружены пузырьками Голгана, также называемыми переходными пузырьками, которые возникают из ретикулума. Транс лицо , как правило , близко к плазматической мембране. Его мембраны более толстые и похожи на мембраны плазмы. На этих поверхностях обнаруживаются более крупные пузырьки, секреторные пузырьки.

Их роль заключается в модификации веществ, синтезируемых в RER. Эти превращения могут представлять собой агрегацию остатков углеводов для получения окончательной структуры или протеолизацию и, таким образом, приобретение активной конформации. Например, в ацинарных клетках поджелудочной железы RER синтезируется проинсулин, который приобретает окончательную конформацию инсулина благодаря преобразованиям, которым он подвергается в аппарате Гольджи. Ферменты, обнаруженные внутри диктиосом, способны модифицировать макромолекулы путем гликозилирования (добавление углеводов) и фосфорилирования (добавление фосфатов ). Для этого аппарат Гольджи транспортирует определенные вещества, такие как нуклеотиды и сахара, в органеллы в цитоплазме. Белки также помечаются сигнальными последовательностями, которые определяют их конечное предназначение, такими как маннозо-6-фосфат, который добавляется к белкам в лизосомах. Аппарат Гольджи также производит гликопротеины, необходимые для секреции, что позволяет добавлять углевод к белку.

Кроме того, аппарат Гольджи выделяет ферменты, например пищеварительные ферменты поджелудочной железы. Они проходят через все мешочки аппарата и , когда они достигают уровень транса лица в диктиосома (в виде секреторных везикул), они транспортируются к месту назначения, вне клетки, экзоцитоз. Аппарат Гольджи - важнейшая органелла синтеза углеводов. Эта задача выполняется ферментами Голгиана благодаря остатку ксилозы . Другие функции аппарата Гольджи также включают разделение углеводов (например, используемых для восстановления клеток), транспортировку и хранение жира и образование примитивных лизосом.

Митохондрии

АТФ-синтаза ;
митохондриальное межмембранное пространство ;
митохондриальный матрикс ;
гребни ( кристы );
рибосомы ;
внутренняя митохондриальная мембрана ;
внешняя митохондриальная мембрана ;
Митохондриальная ДНК .

Митохондрия является органелл во всех эукариотических клетках, хотя они могут отсутствовать очень специализированные клетки. Их размер обычно составляет пять микрометров в ширину и 0,2 мкм в толщину, и они имеют двойную мембрану. Межмембранное пространство имеет состав, аналогичный составу гиалоплазмы . Роль этого пространства - в основном производить молекулы, которые служат предшественниками для биосинтеза макромолекул в гиалоплазме и быть местом, где происходит респираторное окисление и синтез митохондриальных белков. Эта последняя функция происходит так же, как синтез белков в гиалоплазме.

Мембраны митохондрий состоят из фосфолипидов и белков, которые вместе образуют липидно-белковый ретикулум. Самая внешняя мембрана контролирует вход и выход веществ в клетку и отделяет органеллу от гиалоплазмы. Наружная мембрана содержит специализированные транспортные белки, которые позволяют молекулам проходить из цитозоля в межмембранное пространство. Эти белки образуют большие каналы для воды или поринов , которые делают мембрану очень проницаемой, в отличие от внутренней мембраны. Мембрана также состоит из ферментов, таких как те, которые активируют окисление жирных кислот в матрице.

Внутренняя мембрана загибается к центру митохондрий, что дает ростки, митохондриальные гребни или даже кристы. Они простираются по всей ширине органеллы и имеют гранулы на своей поверхности. Фактически , именно мембрана имеет самую большую поверхность из-за этих митохондриальных гребней. Это также самая богатая белком клеточная мембрана. К ним относятся: белки, которые образуют дыхательную цепь, транспортирующую электроны к молекулярному кислороду , ферментный комплекс, называемый АТФ-синтазой , который действует как катализатор во время синтеза АТФ, а также транспортные белки, которые обеспечивают прохождение ионов и молекул через внутренние митохондрии. мембрана. Преимущество этой мембраны состоит в том, что между липидами отсутствует холестерин, и в том, что она богата редким фосфолипидом , кардиолипином . Вообще говоря, его основная функция - быть участком дыхательного процесса.

Таким образом, митохондрии делятся на два отдельных пространства: межмембранное пространство и матрикс. Матрица имеет гелеобразную консистенцию из-за наличия высокой концентрации водорастворимого белка и 50% воды. Кроме того, он содержит молекулы ДНК ( митохондриальной ДНК ), которые содержат информацию для синтеза большого количества митохондриальных белков, молекул митохондриальной РНК , образующих митохондриальные рибосомы (или миторибосомы), ионы , кальций , фосфаты , АДФ , АТФ , коферменты А и большое количество ферментов.

Наконец, митохондрии не только позволяют окислять пируват до CO _2. в сочетании с уменьшением электронных носителей NAD + и FAD (NADH и FADH ₂ ), но также перенос электронов от НАДН и ФАДН ₂ по отношению к дикислоду в сочетании с генерацией движущей силы протонов , или даже с использованием энергии, запасенной в электрохимическом градиенте протонов, для синтеза АТФ комплекса FO-F1 .

Пероксисома

В пероксисомах являются микротели шарообразные мембраны, диаметр которых составляет от 0,15 до 1,7 мкм. Они образованы гематомами из гладкой эндоплазматической сети . Эти гранулы не имеют внутренней структуры. В них содержится большое количество метаболических ферментов, в частности, фермент каталаза , который катаболизирует распад перекиси водорода (отсюда и название пероксисома). Разложение перекиси водорода представлено уравнением:

Они проводят реакции окисления, которые не производят энергию, напрямую используемую остальной частью клетки (они не генерируют АТФ ). Пурин также расщепляется внутри пероксисом , а у растений они участвуют в фотодыхании .

Цитоплазма клеток. Ядра клеток

Клетка — структурная и функциональная единица живых организмов. Основными ее частями являются цитоплазма и ядро, которые образуют взаимозависимую систему.
В составе цитоплазмы различают гиалоплазму, органеллы и цитоплазматические включения.

Гиалоплазма — среда, в которой расположены другие компоненты цитоплазмы. В световой микроскоп она представляется бесструктурной или разделенной на более плотный периферический слой — эктоплазму и внутренний менее плотный слой—эндоплазму. Под электронным микроскопом в гиалоплазме можно увидеть молекулы некоторых веществ в виде мельчайших зерен и нитей.

Органеллы — постоянные структуры клетки. К ним относят пластинчатый комплекс, митохондрии, центросому, пластиды (у растительных клеток), а также обнаруживаемые только с помощью электронного микроскопа цитоплазматическую сеть (с тельцами — рибосомами) и лизосомы. Кроме этих органелл общего значения, в цитоплазме определенного типа клеток постоянно выявляют специальные органеллы: в миоцитах — миофибрил-лы, в эпидермоцнтах — тонофибриллы, десмосомы, в невроци-тах — нейрофпбриллы и т.п.

Цитоплазматические включения — непостоянные компоненты клетки. Их выявляют морфологически или цито-хнмически на известных стадиях жизненного цикла клетки. Они имеют вид капель, гранул, телец и пузырьков.

Цитоплазма окружена клеточной или цитоплазматпческой мембраной. Она состоит из двух белковых, так называемых электронно-плотных, слоев, между которыми расположен менее плотный (светлый) слой липидов. Эта трехслойная ультраструктура лежит в основе элементарной мембраны клеточных органелл.

Цитоплазматическую мембрану называют также клеточной оболочкой. Однако ее необходимо отличать от собственно клеточных оболочек, которые являются внешним покровом клетки и могут рассматриваться как специальные органеллы. Они обычно видны в световой микроскоп. Покрывающую клетку оболочку называют пелликулой, верхний полюс клетки — кутикулой и основание— базальной мембраной. Для растительных клеток характерна особо твердая целлюлозная оболочка или клеточная стенка.

Ядра клеток

В ядре различают ядерную оболочку, ядерный сок, ядрышко, хроматин, хромоцентры и во время деления хромосомы.
Ядерная оболочка состоит из двух мембран, между которыми находится перинуклеарное пространство. В ядерных мембранах равномерно рассеяны поры, заполненные веществом иной плотности, чем окружающие ядерные и плазматические структуры. Она отличается по ряду свойств от клеточной мембраны. В частности, ядерная оболочка не способна восстанавливать повреждение. Даже небольшой разрыв ядерной оболочки неизбежно приводит к гибели ядра и тем самым всей ь летки.

Ядерный сок (кариоплазма) представляет собой массу жидкой консистенции, в которой содержатся другие компоненты ядра.
Ядрышко (одно или несколько) присутствует в каждом ядре, имеет правильную сферическую форму, самую плотную консистенцию и состоит из гранул рибонуклеопротеида. Расположение ядрышка в ядре может быть различным. Ядрышко отличается от других образований ядра высокой концентрацией РНК и отсутствием ДНК. Оно не имеет собственной оболочки и ядерный сок проходит через всю его массу.

Фиксированное ядро окрашивается за счет хроматина, рассеянного в виде сети нитей и гранул в ядерном соке. Среди хроматиновых структур иногда выделяются плотные, интенсивно красящиеся глыбки сферической формы — хромоцентры или прохромосомы, некоторые из них по форме сходны с ядрышками. Хроматин дает положительную реакцию при окраске по Фельгену, являющейся высокоспецифичной для ДНК. Практически вся ДНК ядра локализуется в хроматине. Наряду с ДНК в хроматине содержатся основные белки (гистоны).

Во время деления из хроматина ядра формируются хромосомы— палочковидные тела относительно плотной консистенции, интенсивно окрашивающиеся основными красителями. Хромосомы определяют наследственную преемственность признаков и свойств в ряду клеточных поколений и поколений организмов.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Ядра клеток плохо переносят путешествия в тесноте

Блуждающие клетки, ползая по тесным межклеточным ходам в тканях нашего тела, вынуждены постоянно латать дыры в мембранах своих ядер и заделывать разрывы в ДНК.

Иммунным клеткам, которые бродят по тканям в поисках инфекции, бывает порой непросто путешествовать – ведь им приходится буквально протискиваться по межклеточным промежуткам, которые бывают очень и очень невелики. И не только иммунным, но вообще любым странствующим клеткам приходится вытягиваться, уплощаться, искривляться и т. д., чтобы переползти с места на место, подчиняясь какому-нибудь химическому сигналу.

В поисках инфекции иммунным клеткам приходится проползать по тесным межклеточным проходам. (Фото Dr. David Phillips / Visuals Unlimited / Corbis.)

Но не вредит ли подобная «йога» самим путешественникам? Клеточная мембрана достаточно эластична, как и цитоскелет, и вообще всё содержимое цитоплазмы, так что на первый взгляд кажется, что такие упражнения ничем клетке не грозят.

Но это если забыть о ядре, которое жёстче остальной клетки и в котором, как мы помним, содержится генетический материал и обслуживающие его белки. И вот в журнале Science вышло сразу две статьи, авторы которых говорят о том, что для клеточного ядра протискивание по узким проходам оказывается вовсе небезвредным.

Ян Ламмердинг (Jan Lammerding) и его коллеги из Корнельского университета модифицировали раковые и обычные клетки так, чтобы в их ядрах накапливался флуоресцентный белок, зелёный или красный, а потом заставляли их проползать сквозь узкие щели, диаметр которых был в несколько раз меньше диаметра самих клеток.

В статье исследователей говорится, что когда клетка протискивалась через проход, её цитоплазма окрашивалась в зелёный цвет – то есть ядро давало течь, и флуоресцентный белок из него уходил. О том же пишут у себя Матьё Пиль (Matthieu Piel) и его сотрудники из французского Национального центра научных исследований, экспериментировавшие с иммунными и раковыми клетками.

Протечка ядра означает, что в его мембране появились лишние, неконтролируемые дырки (в нормальной ядерной мембране есть специальные поры, снабжённые особыми белками, которые следят за тем, что из ядра выходит и что туда входит). Почему нарушение целостности ядра так опасно?

Дело в том, что в цитоплазме есть ферменты, разрушающие ДНК – они нужны для отражения вирусных атак, когда геном вируса проникает в клетку. Но эти же ферменты могут расщепить и собственную ДНК клетки, если она появится за пределами ядра. Кроме того, авторы обеих работ подчёркивают, что механический стресс сам по себе вредит хромосомам – даже если мембрана ядра осталась целой, из-за сжатий и растяжений ДНК всё равно рвётся, что может привести либо к гибели клетки, либо к её перерождению в раковую.

Но, как мы сказали, многим клеткам приходится довольно много путешествовать по тесным межклеточным пространствам, и было бы странно, если бы в эволюции не появилось никаких компенсирующих механизмов.

Во-первых, особые ремонтные ферменты вовремя замечают и соединяют разрывы в ДНК, во-вторых, у клетки есть специальный молекулярный комплекс ESCRT III, чья задача – закрывать дыры в ядре. Он включается менее чем через две минуты после появления отверстия в мембране, и на то, чтобы его «заштопать», у ESCRT III уходит от десяти минут до получаса. Не исключено, впрочем, что у клеток – особенно у тех, которые должны постоянно перемещаться с места на место – есть и другие уловки, которые позволяли бы не только ремонтировать ядро, но и предотвращать повреждения в его мембране.

Очевидно, что полученные результаты могут пригодиться в разработке лекарств против рака. Как известно, одна из самых больших проблем, связанных с опухолью – это её способность метастазировать.

Если же у клетки, которая отправилась основывать новую раковую колонию в новом органе, отключить способность зашивать отверстия в ядре, вряд ли она сумеет далеко уйти – попытки протиснуться в новую ткань приведут к множественным, необратимым и несовместимым с жизнью повреждениям в её ДНК.

3. Строение клетки. Клеточные органоиды

Изучением строения клеток и процессов жизнедеятельности, протекающих в них, занимается наука цитология.

Клетка является наименьшей структурной единицей живого организма, имеющей все признаки жизни: обмен веществ и энергии, саморегуляцию, раздражимость, самовоспроизведение и т. д.

Клетки разных организмов и даже разных тканей одного организма отличаются формой, размерами, функциями и строением. Но при всём разнообразии в них есть много общего. В любой клетке можно выделить три основные части: поверхностный аппарат, цитоплазму с органеллами и ядерный аппарат.

Оформленное ядро имеется только в клетках эукариот. Обычно клетки одноядерные, но существуют и многоядерные (поперечно-полосатые мышечные волокна, клетки некоторых грибов, инфузории и другие). Некоторые специализированные клетки в ходе развития утрачивают ядро, а вместе с ним — способность к размножению (ситовидные трубки растений, эритроциты млекопитающих).

В большинстве клеток ядро имеет округлую форму. Снаружи оно покрыто двумембранной оболочкой (кариолеммой). На наружной мембране могут находиться рибосомы; местами она переходит в эндоплазматическую сеть. В оболочке есть многочисленные поры, через которые в ядро из цитоплазмы поступают ионы, нуклеотиды, белки, АТФ, а из ядра выходят в цитоплазму частицы рибосом и молекулы РНК.

Ядро заполнено гелеобразным содержимым, которое называют ядерным соком или кариоплазмой. В кариоплазме находятся хроматин и ядрышки.

Хроматин образован молекулами ДНК, соединёнными с особыми белками. При делении клетки нити хроматина скручиваются в виде спирали и образуют хромосомы.

Ядрышки — плотные, шарообразные, не ограниченные мембраной тельца внутри ядра. В ядре клетки может быть одно ядрышко или несколько. Здесь синтезируются РНК и образуются рибосомы. Ядрышки можно увидеть в микроскоп между делениями клетки, а в начале деления они разрушаются.

Функции ядра: хранение, воспроизведение и передача генетической(наследственной) информации; управление жизнедеятельностью клетки.

Цитоплазма — это внутренняя среда клетки, в которой находятся все внутриклеточные структуры и протекают процессы обмена веществ.

Цитоплазма эукариотических клеток пронизана трехмерной сетью из белковых нитей, называемых цитоскелетом. Его составляют микротрубочки, промежуточные филаменты и микрофиламенты.

Цитоскелет служит механическим каркасом клетки для поддержания её формы. Компоненты цитоскелета определяют перемещение органелл внутри клетки и движение цитоплазмы, координируют деление клетки.

Во всех клетках имеются рибосомы — немембранные органоиды, участвующие в биосинтезе белка. Каждая рибосома состоит из большой и малой субъединицы, которые образованы молекулами рРНК и белков. Субъединицы рибосом объединяются вместе только для сборки белковой молекулы. Рибосомы могут свободно располагаться в цитоплазме или прикрепляться к мембранам эндоплазматической сети и к наружной ядерной мембране.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) — система мембранных полостей и каналов, пронизывающих всю цитоплазму. Есть гладкая ЭПС и гранулярная, или шереховатая. На поверхности шереховатой ЭПС прикрепляются рибосомы.

Функции ЭПС: разделяет цитоплазму на отсеки; обеспечивает синтез белков, углеводов и липидов; транспортирует вещества внутри клетки.

Функции комплекса Гольджи: накопление веществ и упаковка их в мембранные пузырьки; сборка сложных органических соединений (гликолипидов, липопротеинов и т. д.); образование лизосом.

Функции лизосом: расщепление белков, углеводов, липидов и нуклеиновых кислот; расщепление ненужных органоидов (автофагия); самоуничтожение клетки (автолиз).

Митохондрии — двумембранные органоиды, участвующие в клеточном дыхании и обеспечивающие клетку энергией, запасённой в аденозинтрифосфорной кислоте (АТФ). АТФ служит основным источником энергии для всех процессов, которые происходят в клетке.

Количество митохондрий в клетках может быть разное: от одной до нескольких тысяч. Особенно много их в тех клетках, функционирование которых связано с большими затратами энергии (например, в мышечных волокнах).

Наружная мембрана митохондрий гладкая, проницаемая для разных веществ. Внутренняя мембрана менее проницаема, она образует кристы (складки). Между двумя мембранами имеется межмембранное пространство.

На внутренней мембране располагаются ферменты, с участием которых происходит окисление питательных веществ и синтез АТФ за счёт их энергии.

Внутри митохондрия заполнена полужидким матриксом. В нём находятся рибосомы, кольцевые молекулы ДНК, все виды РНК, а также белки, аминокислоты и другие вещества. Наличие собственной ДНК обеспечивает митохондриям возможность самостоятельного размножения.

Существует гипотеза о симбиотическом происхождении митохондрий. Некоторые учёные предполагают, что митохондрии — это бактерии, когда-то паразитирующие в эукариотических клетках, превратившиеся затем в важнейшие органоиды.

Функция митохондрий: осуществление кислородного этапа клеточного дыхания; обеспечение клетки энергией в виде АТФ.

В состав поверхностного аппарата любой клетки обязательно входит плазматическая мембрана, отделяющая клетку от внешней среды и обеспечивающая избирательный транспорт веществ.

В клетках всех живых организмов мембрана образована двойным слоем фосфолипидов, в котором располагаются белковые молекулы: периферические белки — на поверхности, а интегральные — пронизывают оба липидных слоя.

Молекулы некоторых белков образуют каналы, через которые в клетку или из неё транспортируются небольшие частицы, например ионы калия, натрия, кальция.

Фагоцитоз — это поглощение клеткой твёрдых частиц. Мембрана клетки окружает пищевую частицу и частица оказывается внутри клетки. Этот процесс невозможен у растений, так как их клетки имеют плотную клеточную стенку из целлюлозы.

При попадании в клетку питательных веществ фагоцитарный или пиноцитарный пузырёк сливается с лизосомой. Там происходит переваривание поглощённых веществ до простых молекул.

Цитоплазма клеток. Ядра клеток

Организация клетки. Ядро

А. Ядро

Ядро — наиболее крупная (диаметром около 10 мкм) видимая в оптический микроскоп органелла эукариотической клетки. Оно отделено от остальной клетки оболочкой , состоящей из внутренней и внешней ядерных мембран .

Область между двумя ядерными мембранами называется перинуклеарным пространством. Внешняя ядерная мембрана усыпана рибосомами и переходит в шероховатый эндоплазматический ретикулум. Внутренняя ядерная мембрана выстлана специальными белками (ламином и др.), которые служат для закрепления ядерных структур (ядерная пластинка).

В ядре расположена почти вся ДНК (DNA) клетки. Эта ДНК является носителем генетической информации и главным местом ее репликации и экспрессии . В интерфазе (фазы между делениями клетки) большая часть ДНК в ядре присутствует в виде гетерохроматина , т.е. плотно упакованной ДНК, ассоциированной с РНК (RNA) и белками. Менее плотно упакованная ДНК называется эухроматином ; это место активной транскрипции ДНК в РНК (RNA). Ядро часто содержит ядрышко , а иногда и несколько ядрышек. Во время деления клеток структура ядра разрушается. Хроматин организуется в хромосомы , т. е. в высшей степени конденсированные формы молекул ДНК, видимые в оптический микроскоп.

Б. Импорт крупных ядерных белков

Обмен макромолекул, таких, как белки и РНК, между ядром и цитоплазмой осуществляется через ядерные поры (диаметр примерно 7 нм), образованные белковым комплексом. Поры регулируют транспорт через ядерные мембраны. Пептиды и небольшие белки, например гистоны, способны легко проникать в ядро. Более крупные белки (свыше 40 кДа) могут пройти через ядерную мембрану, только если они несут специфическую сигнальную последовательность . Такая последовательность, ориентирующая белок на ядро, состоит из 4 основных аминокислот. В отличие от других сигнальных последовательностей, они не расщепляются при переносе белка в ядро (см. рис. 233).

В. Взаимодействие между ядром и цитоплазмой

Почти все РНК клетки синтезируются в ядре. В этом процессе, называемом транскрипцией , используется хранящаяся в ДНК (DNA) информация (см. рис. 241). Синтез рибосомной РНК [рРНК (rRNA)] происходит в ядрышках, в то время как матричные (информационные) и транспортные РНК [мРНК и тРНК (mRNA и tRNA)] синтезируются в эухроматине. Репликация — катализируемый ферментами процесс удвоения ДНК — также локализована в ядре (см. рис. 239).

Нуклеотидные блоки, необходимые для репликации и транскрипции в ядре, должны поступать из цитоплазмы. Их включение в РНК приводит к образованию первичных продуктов, которые последовательно модифицируются путем расщепления, удаления частей молекулы и включения дополнительных нуклеотидов ( созревание РНК ). Наконец, мРНК и тРНК, образовавшиеся в ядре, транспортируются в цитоплазму для участия в биосинтезе белков ( трансляции ) (см. рис. 237).

Белки не могут синтезироваться в ядре, и поэтому все ядерные белки должны быть импортированы из цитоплазмы. Это, например, гистоновые и негистоновые белки , связанные в хроматине с ДНК, полимеразы, гормональные рецепторы, факторы транскрипции и рибосомные белки. Рибосомные белки, находясь еще в ядрышке, начинают ассоциировать с рРНК, образуя рибосомные субчастицы.

Одной из очень специфический функций ядра является биосинтез НАД + (NAD + ) . Предшественник этого кофермента, никотинамидмононуклеотид [НАМ (NMN)] синтезируется в цитоплазме и затем транспортируется в ядрышко для превращения в динуклеотид НАД + (NAD + ), который после этого возвращается в цитоплазму.

Читайте также: