2.7 Эукариотическая клетка. Цитоплазма. Органоиды

Вопрос 1. Каковы отличия в строении эукари­отической и прокариотической клеток?

У прокариот нет настоящего оформленного ядра (греч. karyon — ядро). Их ДНК представ­ляет собой одну кольцевую молекулу, свобод­но располагающуюся в цитоплазме и не окру­женную мембраной. У прокариотических кле­ток отсутствуют пластиды, митохондрии, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, Лизосомы. Рибосомы есть как у прокариот, так и у эукариот (у ядерных — более круп­ные). Жгутик прокариотической клетки тонь­ше и работает по иному принципу, чем жгутик эукариотов. Эукариотическими организмами являются грибы, растения, животные — одно­клеточные и многоклеточные; прокариота­ми — бактерии и синезеленые водоросли (ци­анобактерии).

Вопрос 2. Расскажите о пино- и фагоцитозе. Чем различаются эти процессы?

Мембрана клетки — подвижное образова­ние, способное путем формирования впячиваний и выростов захватывать объекты внешней среды. Этот процесс называют эндоцитозом. Причина эндоцитоза — сложные биохимиче­ские реакции, происходящие в цитоплазме и связанные в первую очередь с изменением тре­тичной структуры внутриклеточных белков. Если клетка захватывает каплю жидкости — это пиноцитоз, если твердую частицу — фагоцитоз. В результате образуются пиноцитарные или фагоцитарные вакуоли (мембран­ные пузырьки). Процесс, обратный эндоцитозу (выброс из клетки содержимого вакуолей), называют экзоцитозом.

Вопрос 3. Раскройте взаимосвязь строения и функций мембраны клеток.

Известно, что основой любой мембраны яв­ляется бислой (двойной слой) фосфолипидов, в котором гидрофильные «головки» молекул (глицерин) обращены наружу, а гидрофобные остатки жирных кислот — внутрь. С липид­ным бислоем связаны молекулы белков, кото­рые могут примыкать к мембране с любой из сторон, погружаться в нее или даже пронизы­вать. Положение клеточной мембраны на гра­нице клетки и окружающей среды определяет ее основные функции. Прочный, эластичный, легко восстанавливающийся бислой является барьером, обеспечивающим постоянство вну­триклеточной среды и предохраняющим цитоплазму от проникновения чужеродных веществ. Транспортная функция мембраны имеет избирательный характер. Мелкие неза­ряженные молекулы (0₂, N₂) легко проникают непосредственно через бислой. Более крупные и/или заряженные частицы (Na⁺, К⁺, некото­рые гормоны) проходят через специальные белковые поры (каналы) или транспортируют­ся белками-переносчиками. Будучи подвиж­ной структурой, клеточная мембрана может также осуществлять транспорт веществ пу­тем эндо- и экзоцитоза.

Вопрос 4. Какие органоиды клетки находятся в цитоплазме?

Органоиды, расположенные в цитоплазме эукариотической клетки, можно разделить на три группы: одномембранные, двухмем­бранные и немембранные. К одномембран­ным органоидам относят эндоплазматическую сеть (гладкую и шероховатую), аппарат Гольд­жи, Лизосомы и вакуоли. Двухмембранные ор­ганоиды — это пластиды и митохондрии; не­мембранные — рибосомы, цитоскелет и кле­точный центр.

Вопрос 5. Охарактеризуйте органоиды цито­плазмы и их значение в жизнедеятельности клетки.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) пред­ставляет собой совокупность вакуолей, кана­лов и трубочек. Она образует внутри цитоплаз­мы единую сеть, объединенную с наружной мембраной ядерной оболочки. Различают гладкую и шероховатую ЭПС. Гладкая ЭПС участвует в синтезе липидов и углеводов, а также обезвреживает токсичные вещества. На поверхности мембран шероховатой ЭПС располагаются рибосомы.

Аппарат Гольджи — одномембранный органоид, входящий в состав единой мембран­ной сети клетки и представляющий собой стоп­ку плоских цистерн. В нем происходит окон­чательная сортировка и упаковка продуктов жизнедеятельности клетки в мембранные пу­зырьки (вакуоли). В числе прочего аппарат Гольджи формирует Лизосомы и обеспечивает экзоцитоз.

Лизосомы — мелкие мембранные пузырь­ки, которые содержат ферменты для перевари­вания питательных веществ. Лизосомы слива­ются с эндоцитозной вакуолью, формируя пи­щеварительную вакуоль. Если содержимое лизосом высвобождается внутри самой клет­ки, наступает ее автолиз (самопереваривание клетки).

Митохондрии относят к двухмембран­ным органоидам. Их внешняя мембрана глад­кая, а внутренняя образует складки (крис­ты). Митохондрии — энергетические станции клетки, их основная функция — синтез АТФ.

Пластиды представляют собой двухмем­бранные органоиды растительных клеток. Существует три типа пластид: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты. Бесцветные лей­копласты запасают крахмал; зеленые хлоро­пласты осуществляют фотосинтез; оранжевые, желтые и красные хромопласты обеспечивают окраску плодов и цветов (привлечение опыли­телей и распространителей семян). Считается установленным, что в далеком прошлом мито­хондрии и пластиды произошли от прокариот, «проглоченных» эукариотической клеткой и вступивших с нею в симбиоз. Митохондрии и пластиды имеют кольцевую ДНК, самостоя­тельно синтезируют часть белков, а их рибосо­мы мельче эукариотических.

Рибосомы — мелкие многочисленные не­мембранные органоиды, образованные двумя субъединицами — большой и малой. Субъеди­ницы состоят из белка и рибосомальной РНК. Функцией рибосом является синтез белка. Часть рибосом находится непосредственно в цитоплазме, а часть — на мембранах шерохо­ватой ЭПС.

Клеточный центр — органоид немем­бранного строения клеток животных, грибов и низших растений. Состоит из двух центрио­лей, по форме сходных с цилиндрами и состоя­щих из мельчайших белковых трубочек; уча­ствует в образовании веретена деления.

Вакуоль представляет собой мембранный пузырек, заполненный клеточным соком. Она обязательно присутствует в растительной клетке. Функция вакуоли — накопление во­ды, солей, питательных веществ. Здесь могут также содержаться пигменты (синие, фиолето­вые) и накапливаться отходы обмена веществ.

Цитоскелет — немембранный органоид, представляющий собой белковые тяжи-тру­бочки, расположенные как рядом с мембра­ной, так и в цитоплазме. Их функция — под­держание формы клетки, обеспечение внутри­клеточного транспорта веществ, а также активного движения клетки (амеба, фагоцит). Мембранные пузырьки, содержащие какие- либо вещества, могут двигаться по трубочкам цитоскелета, как по рельсам.