Клеточная теория. Строение клетки

Ранее на уроках биологии вы знакомились со строением биологических молекул, т.е. исследовали функционирование живых систем на молекулярном уровне. В этот раз вы ознакомитесь с более высоким уровнем – клеточным, узнаете о строении клетки.

Клеточная теория в биологии

Впервые понятие «клетка» употребил английский ученый Роберт Гук в 1665 г., когда описывал строение пробки в своей книге об оригинальных наблюдениях в биологии – «Микрография».

Современная клеточная теория содержит следующие положения:

• все живые организмы состоят из клеток;
• все клетки схожи по строению, химическому составу и основным проявлениям жизнедеятельности;
• клетка является основной структурной и функциональной единицей всего живого, способной к самостоятельному существованию;
• любая новая клетка образуется только путем деления материнской клетки.

Строение клетки

Клетка ограничена от окружающего пространства плазматической мембраной, которая является необходимым компонентом многих органоидов основной структурной единицы всего живого.

Мембрана имеет следующее строение:

• двойной слой фосфолипидов – гидрофобные хвосты обращены внутрь, а гидрофильные головки повернуты наружу;
• поверхностные белки – расположены на поверхности мембраны;
• интегральные белки – пронизывают мембрану насквозь.

Для клеточной мембраны характерна избирательная проницаемость, что означает невозможность проникновения всех веществ через нее. Специальные белки-каналы пропускают строго определенные ионы и молекулы. Даже вода не может просто попасть в клетку, а проходит только через специальные водные каналы – аквапарины. Специальные каналы имеют ионы калия, натрия, кальция.

При этом многие крупные молекулы не могут попасть через каналы в клетку. Это провоцирует эндоцитоз.

Биологи различают 2 вида эндоцитоза, отличающиеся по консистенции захватываемого вещества:

1. Фагоцитоз. Отличается тем, что клетка поглощает твердые объекты (клетки эукариот, бактерии, вирусы, остатки мертвых клеток).
2. Пиноцитоз. Происходит захват жидкой фазы из окружающей среды, содержащей растворимые вещества (например, крупные молекулы белков и полисахаридов).

Все органоиды клетки делятся на:

• мембранные (одно- и двумембранные);
• немембранные.

Двумембранные органоиды

К таким элементам клетки относятся митохондрии, пластиды и ядро.

Ядро

Является самым важным мембранным органоидом, так как в нем находится ДНК и происходит синтез РНК. Его основными функциями выступают хранение и передача наследственной информации.

РНК через ядерные поры попадает в цитоплазму, где на ней собираются, состоящие из 2-х субъединиц рибосомы. После этого начинается синтез белка. Этот процесс может происходить сразу в цитоплазме, после чего белок остается в ней или попадает в другие органеллы (например, в митохондрии).

В другом случае, связанная с матричной РНК хромосома, садится на эндоплазматическую сеть и синтезирует белок непосредственно в полость органоида.

Митохондрии

Внутренняя мембрана митохондрии образует выросты – кристы, обеспечивающих увеличение площади первой. Главная функция митохондрий заключается в осуществлении клеточного дыхания, благодаря которому становится возможен синтез АТФ в ходе расщепления низкомолекулярных органических веществ.

Из предыдущих уроков вы знаете, что АТФ – основная энергетическая «валюта» клетки, поэтому митохондрии часто называют «энергетическими станциями» клеток.

Пластиды

Самым важным типом пластид являются хлоропласты. Они отвечают за процесс образования органических веществ из неорганических под действием света – фотосинтез.Внутренняя мембрана хлоропластов также образует выросты – тилакоиды, которые часто бывают собраны в стопки (граны).

Согласно эндосимбиотической теории, пластиды и митохондрии возникли из бактерий, вступивших во внутриклеточный симбиоз с предками эукариот (ядерных живых организмов). В пользу этой теории, кроме наличия не одной, а двух мембран, говорит присутствие собственных кольцевых молекул ДНК и рибосом. Последние больше похожи на прокариотические, а не эукариотические рибосомы. Получается, что часть хлоропластных и митохондриальных белков синтезируется прямо в этих органоидах.

Одномембранные органоиды

Одномембранные органоиды представлены эндоплазматической сетью, комплексом Гольджи, лизосомами, вакуолями.

Эндоплазматическая сеть

Здесь происходят различные биосинтетические процессы, также в ее функции входит перенос и перераспределение веществ. Выделяют гладкий и шероховатый тип эндоплазматической сети. Первая предназначена для синтеза липидов, а ко второй прикрепляются рибосомы, синтезирующие белки в полости данного органоида.

Комплекс Гольджи

По внешнему виду представляет собой стопку одномембранных плоских мешков, рядом с которыми находятся небольшие мембранные пузырьки. Функция органоида заключается в транспорте и модификации поступающих в него веществ.

Лизосомы

Представляют собой небольшие одномембранные пузырьки, внутри которых происходит процесс расщепления сложных органических веществ на более простые.

Вакуоль

Является мембранным мешочком, наполненным жидкостью. В нем могут храниться запасные питательные вещества, пигменты, отходы жизнедеятельности и яды. По размеру органоид бывает крупным, поэтому занимает большую часть клетки.

Немембранные органеллы

Среди таких элементов клетки выделяют:

1. Рибосомы – мелкие органоиды, осуществляющие синтез белка. Состоят из 2-х субъединиц – большой и малой, соединяющихся непосредственно перед самим процессом. После его окончания они вновь расходятся.
2. Клеточный центр. Является центром организации сборки микротрубочек, цитоскелета и веретена деления. Состоит из 2-х небольших полых цилиндров, расположенных перпендикулярно друг к другу. Их называют центриолями.

Особенности клеток живых организмов

Клетки бактерий устроены значительно проще, чем клетки ядерных организмов. В них отсутствуют мембранные органеллы, включая ядро. Генетический материал чаще всего представлен одной кольцевой хромосомой и расположен в цитоплазме.

Дополнительно бактерии могут иметь и небольшие молекулы ДНК – плазмиды. Последние способны кодировать признаки, приносящие пользу в определенных обстоятельствах. Такие молекулы ДНК бактерии могут передавать друг другу или добирать их из среды. Это позволяет им быстро приспосабливаться к изменяющимся условиям. Когда окружение возвращается в изначальный вариант, то бактерии теряют плазмиды, так как расход энергии на них будет бессмысленным.

Снаружи клетки бактерии окружены клеточной стенкой, но могут иметь и дополнительные оболочки, которые помогают удерживать воду и обеспечивают защиту от проникновения чужеродных веществ. Существенные отличия ученые отмечают в строении рибосом и жгутиков в сравнении с эукариотами.

Клетки животных, грибов и растений содержат мембранные органеллы и ядро, поэтому являются эукариотическими.

При этом у них есть ряд различий:

• отсутствие клеточной стенки у клеток животных (у растений она состоит из целлюлозы. А у грибов – хитиновая);
• наличие пластид в клетках растений, в ряде случаев – крупная вакуоль в центре.

Учитывая вышесказанное, клетка представляет собой сложноустроенную наименьшую структурно-функциональную единицу живого. Клетки всех живых организмов схожи по строению, но имеют и ряд отличий.