Для отделения митохондрий от гиалоплазмы служит наружная митохондриальная мембрана. Она, как правило, имеет ровные контуры и представляет собой замкнутый мембранный мешок. Между внешней и внутренней митохондриальными мембранами находится межмембранное пространство шириной около 10-20 нм.
Материал из «Знание.Вики»
Электронная микрофотография митохондрий
Митохо́ндрия — двумембранная органелла, которая преобразует энергию, получаемую из разложения различных органических соединений, в синтетическую энергию, необходимую для нормального функционирования клетки и процессов роста. Они используют аденозинтрифосфат (АТФ) и химические вещества, чтобы получить электроны, которые затем используются для восстановления энергии. Митохондрии характерны для большинства эукариотических клеток, как автотрофов (фотосинтезирующие растения), так и гетеротрофов (грибы, животные).
Биохимические процессы в митохондриях начинаются с транспорта субстратов через митохондриальную мембрану, который осуществляется с помощью транспортных белков — транслоказ, служащих переносчиками дикарбоновых кислот, АТФ и AДФ. Основные субстраты митохондрий — пируват и жирные кислоты, которые транспортируются с помощью карнитин-пальмитоил-трансферазы и карнитина.
Утилизация жирных кислот происходит в процессе β-окисления, а центральный путь утилизации углеродсодержащих молекул осуществляется через цикл Кребса. В результате этого цикла также образуются молекулы никотинамидадениндинуклеотидов (НАД) и флавинадениндинуклеотидов (ФАД), передающие свои электроны в дыхательную цепь митохондрий. Дыхательная цепь митохондрий состоит из пяти мультиферментных комплексов, которые находятся под генетическим контролем как митохондриального, так и ядерного генома.
Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!
Митохондрии — это органеллы размером с бактерию (около 1×2 мкм). Они найдены в большом количестве почти во всех эукариотических клетках. Обычно в клетке содержится около 2 000 митохондрий, общий объем которых составляет до 25 % от общего объёма клетки. Митохондрия ограничена двумя мембранами — гладкой внешней и складчатой внутренней, имеющей очень большую поверхность. Складки внутренней мембраны глубоко входят в матрикс митохондрий, образуя поперечные перегородки — кристы. Пространство между внешней и внутренней мембранами обычно называют межмембранным пространством.
Различные типы клеток отличаются друг от друга как по количеству и форме митохондрий, так и по количеству крист. Особенно много крист имеют митохондрии в тканях с активными окислительными процессами, например в сердечной мышце. Вариации митохондрий по форме, что зависит от их функционального состояния, могут наблюдаться и в тканях одного типа. Митохондрии — изменчивые и пластичные органеллы.
Мембраны митохондрий содержат интегральные мембранные белки. Во внешнюю мембрану входят порины, которые образуют поры и делают мембраны проницаемыми для веществ с молекулярной массой до 10 кДа (см. Транспортные белки). Внутренняя же мембрана митохондрий непроницаема для большинства молекул; исключение составляют O2, CO2, H2O. Внутренняя мембрана митохондрий характеризуется необычно высоким содержанием белков (75 %). В их число входят транспортные белки-переносчики (см. Транспортные системы), ферменты, компоненты дыхательной цепи и АТФ-синтаза. Кроме того, в ней содержится необычный фосфолипид кардиолипин (см. Фосфолипиды и гликолипиды). Матрикс также обогащён белками, особенно ферментами цитратного цикла.
- Статьи раздела «Митохондрии
- Что такое митохондрии
- Строение
- Функции
- Синтез и деление
- Митохондрии и старение
- Факторы, повреждающие митохондрии
- Как улучшить работу митохондрий
- Краткие выводы
- Клеточная теория
- Строение, состав и функции эукариотической клетки
- Поверхностный комплекс животной клетки
- Структура цитоплазмы
- Рибосомы
- Эндоплазматический ретикулум
- Аппарат Гольджи
- Лизосомы
- Ядро
- Цитоскелет
- Особенности растительной клетки
- Проверь себя
Статьи раздела «Митохондрии
Схема строения бактериальной клетки
Бактериа́льная кле́тка обычно устроена наиболее просто по сравнению с клетками других живых организмов. Бактериальные клетки часто окружает капсула, которая служит защитой от внешней среды. Для многих свободноживущих бактерий характерно наличие жгутиков для передвижения, а также ворсинок.
Для выведения веществ, в том числе факторов патогенности, в окружающую среду используются системы секреции. Клеточная стенка бактерий обычно содержит пептидогликан. По химическому составу клеточные мембраны бактерий гораздо разнообразнее мембран эукариотических клеток. В отличие от эукариот, бактерии не имеют ограниченного оболочкой ядра и, в большинстве случаев, каких-либо мембранных органелл. Вместе с тем у ряда бактерий имеются клеточные структуры, не имеющие аналогов в двух других доменах.
Геном бактерий состоит из суперскрученных кольцевых хромосом, связанных с гистонподобными белками, и меньших по размерам молекул ДНК — плазмид. Элементы цитоскелета играют важные роли в делении клеток, защите, поддержании формы и определении полярности у различных прокариот. Бактериальные рибосомы меньше рибосом эукариотического типа, но имеют сходный план строения.
Риккетсии (красные точки) в клетках млекопитающего
Различные морфотипы бактерий
Часто бактериальные клетки образуют устойчивые сочетания, такие как пары палочек (диплобациллы) или кокков (диплококки), цепочки палочек (стрептобациллы) или кокков (стрептококки), тетрады, пакеты из 4, 8 и более кокков (сарцины), гроздья (стафилококки). Некоторые бактерии образуют розетки, плоские таблички, сети, а также прямые или ветвящиеся трихомы — цепочки плотно примыкающих друг к другу клеток.
Две делящиеся клетки Caulobacter crescentus под микроскопом, видны стебельки на одном полюсе клеток и жгутики на противоположном
Структурная формула гопена — соединения группы гопаноидов
Схема строения клеточной стенки грамотрицательной (сверху) и грамположительной (снизу) бактерий. Сверху: 1 — клеточная мембрана, 2 — периплазматическое пространство, 3 — внешняя мембрана, 4 — фосфолипид, 5 — пептидогликан, 6 — липопротеин, 7 — белок, 8 — липополисахарид, 9 — порины. Снизу: 1 — клеточная мембрана, 2 — пептидогликан, 3 — фосфолипид, 4 — белок, 5 — липотейхоевая кислота
Свойство
Грам-положительные бактерии
Грам-отрицательные бактерии
бактерии
Пептидогликан
Толстый слой
Тонкий слой
Относительно небольшое количество
Тейхоевая кислота
Часто присутствует
Отсутствует
Липиды
Очень мало присутствует
Липополисахарид
Миколовая кислота, другие воски и гликолипиды
Форма клетки
Всегда жесткая
Жесткая или гибкая
Результаты ферментативного расщепления
Протопласт
Сферопласт
Трудно расщепить
Восприимчивость к красителям и антибиотикам
Самая восприимчивая
Умеренно восприимчивая
Наименее восприимчивая
Примеры
Staphylococcus aureus
Escherichia coli
Mycobacterium tuberculosis
Упрощённая схема строения пептидогликана
Окрашивание по Граму. Грамположительные кокки окрашены фиолетовым цветом, а грамотрицательные палочки — розовым
Подробная схема строения клеточной стенки грамотрицательных бактерий
Система секреции
Сигнал секреции
Количество этапов секреции
Уложен ли субстрат
Количество мембран
Грам(+) или грам(-)
Сортазы
N-концевой (Sec)C-концевой (cws)
2
Да
1
Грам(+)
Клетки Streptococcus pneumoniae с капсулами, визуализированными при помощи Quellung-реакции. Обратите внимание, что две бактерии в верхней части фотографии не имеют капсулы
Схема строения бактериального жгутика
Основная статья: Пили
Клетки E. coli с многочисленными пилями
Микрофотография бактериальной клетки с нуклеоидом, выделенным зелёной пунктирной линией
В редких случаях в цитоплазме бактерий обнаруживаются гидрофильные кристаллы, не окружённые мембраной. Гигантская серная бактерия Achromatium oxaliferum имеет цитоплазматические кристаллы кальцита (карбоната кальция), которые занимают более 70 % её объёма. Вероятно, именно благодаря им бактерия имеет крупные размеры, так как многочисленные гранулы обеспечивают приемлемую интенсивность транспортных процессов. Некоторые анаэробные бактерии, например, Sulfospirillum barnesii, содержат кристаллы элементарного селена диаметром до . Они образуются в результате восстановления ядовитого иона селенита SeO32-.
Слева — микрофотография карбоксисомы под электронным микроскопом, справа — её модель
Бактериальная клетка с магнитосомами
Схема строения хлоросомы
Схема, иллюстрирующая связь между фиксацией и образованием мезосом
Окрашенный препарат Bacillus subtilis. Вегетативные клетки красные, споры зелёные
Гетероцисты цианобактерии Anaboena
Митохондрии – это органеллы, которые присутствуют практически во всех эукариотических клетках. Их основная, но не единственная функция — производство энергии.
Что такое митохондрии
Митохондрии — клеточные органеллы, расположенные вне ядра, а именно в цитоплазме. Они отвечают за выработку большей части энергии, необходимой для запуска биохимических реакций в клетке. Энергия, вырабатываемая митохондриями, хранится в небольшой молекуле, называемой аденозинтрифосфатом (АТФ).
Процессы внутри митохондрий осуществляются точным механизмом, в котором задействованы различные белки, молекулы, каналы и мембраны. Он настолько развит, что даже высказывалось предположение, что этот механизм произошел от прокариотической клетки, поглотившей аэробные бактерии миллионы лет назад.
Одной из основных характеристик митохондрий является то, что они содержат собственные небольшие хромосомы, то есть, содержат гены, отдельные от тех, что находятся в ядре клетки. Эти гены наследуются только от матери, в отличие от ядерных генов, которые наследуются от обоих родителей.
Количество митохондрий варьируется в зависимости от типа клетки, поскольку некоторым органам и тканям требуется гораздо больше энергии, например, мышцам, мозгу или печени.
Семинары по антивозрастной медицине
Получайте знания, основанные на доказательной медицине из первых уст ведущих мировых специалистов. В рамках Модульной Школы Anti-Age Expert каждый месяц проходят очные двухдневные семинары, где раскрываются тонкости anti-age медицины для врачей более 25 специальностей
Строение
Морфология митохондрий весьма изменчива и может варьировать от длинных разветвленных структур до небольших эллипсоидов. Можно сказать, что существуют отдельные митохондрии и динамические митохондриальные сети. Сетевые или изолированные митохондрии состоят из внешней и внутренней мембран, межмембранного и внутреннего пространства, ограниченного внутренней мембраной, называемого митохондриальным матриксом.
Внешняя мембрана митохондрий обладает высокой проницаемостью и содержит множество копий белка порина, который образует водные каналы через липидный бислой. Таким образом, эта мембрана становится своего рода ситом, проницаемым для всех молекул размером менее 5000 дальтон, включая небольшие белки.
Внутренняя мембрана образует матрикс. Это аналог цитоплазмы клетки. Энергия поступает из этого региона в виде АТФ. Здесь происходят обменные процессы, такие как:
Именно здесь расположены другие микроорганеллы митохондрий, такие как рибосомы, ДНК, ионы и метаболиты. Внутренняя мембрана состоит из липидного бислоя, в котором находятся ферментные комплексы, состоящие из различных белков, необходимых для цепи переноса электронов.
Наружная и внутренняя мембраны представляют собой части митохондрий, которые складываются в кристы в виде складок. Они расположены преимущественно по краям митохондрий, но отграничены снаружи внешней мембраной. Они расположены перпендикулярно границе митохондрий.
Кристы образуют отдельный отсек от остальной части внутренней мембраны, поскольку содержание белка в них сильно отличается. Считается, что количество и форма митохондриальных крист являются отражением клеточной активности. В кристах обнаружены функциональные дыхательные комплексы и АТФ-синтаза, а также белки для сборки железо-серных групп. Гребни позволяют значительно увеличить площадь поверхности для размещения белков дыхательной цепи и АТФ. В клетке печени внутренняя митохондриальная мембрана может составлять 1/3 общей клеточной мембраны.
В мембранах крист происходят важнейшие функции митохондрий:
Между внутренней и внешней мембраной имеется пространство, называемое митохондриальным межмембранным пространством, которое имеет жизненно важное значение для клеточной активности. В нем – высокое содержание ферментов, необходимых для дыхания. Его основная функция – прием протонов от перекачки ферментных комплексов. Здесь присутствуют ферменты и белки, которые помогают в клеточных процессах. Здесь также происходит транслокация — процесс, при котором белки митохондриального матрикса транспортируются извне митохондрий. Наконец, они транспортируют жирные кислоты.
Митохондрии также имеют рибосомы, называемые миторбосомами или митохондриальными рибосомами. Их функция – синтез белков посредством трансляции генов. Они получают информацию в виде РНК, чтобы перевести ее в ДНК.
В митохондриальном матриксе также есть ДНК и ферменты, осуществляющие метаболические процессы. Митохондриальная ДНК находится в местах, называемых нуклеоидами, и каждый нуклеоид может содержать более одной молекулы ДНК. Нуклеоиды связаны с внутренней мембраной митохондрий посредством белкового комплекса MitOS. Также в нуклеоиде имеются белки для репликации и восстановления митохондриальной ДНК. Обычно он содержит около 16 500 пар оснований и около 37 генов, которые у человека кодируют 13 белков. Внутри клетки могут находиться сотни копий митохондриальной ДНК. Репликация митохондриальной ДНК не связана с клеточным циклом, и в любой момент жизни клетки может произойти репликация этой ДНК.
Митохондрии, или части митохондриальной сети, перемещаются из одной части клетки в другую и обычно располагаются там, где существует наибольшая потребность в энергии или кальции.
Функции
Основная функция митохондрий — производство АТФ, который является топливом для большинства клеточных процессов. Но они также осуществляют часть метаболизма жирных кислот посредством процесса, называемого β-окислением, и действуют как депо кальция, образование гемовых групп, синтез аминокислот и биогенез железосульфидных групп.
Большая часть АТФ в нефотосинтезирующих эукариотических клетках производится в митохондриях. Они метаболизируют ацетил-коэнзим А посредством ферментативного цикла лимонной кислоты, давая в качестве продуктов CO2 и НАДН.
Именно НАДН отдает электроны цепочке переносчиков электронов, находящихся в мембранах крист митохондрий. Эти электроны переходят от одного носителя к другому, достигая на последнем этапе O2, в результате чего образуется H2O. Этот транспорт электронов связан с транспортировкой протонов из матрицы во внутреннее пространство гребня. Именно этот протонный градиент позволяет синтезировать АТФ благодаря АТФ-синтазе. Этот процесс, в котором фосфат связывается с АДФ и кислород используется в качестве конечного акцептора электронов, который называется окислительным фосфорилированием. Белки, осуществляющие транспорт электронов и АТФ-синтазу, находятся в кристах митохондрий и могут достигать до 80% массы митохондриальной мембраны.
Цепь переноса электронов известна как дыхательная цепь. Она содержит около 40 белков, из которых 15 непосредственно участвуют в транспорте электронов. Все эти белки объединены в три комплекса, каждый из которых содержит несколько белков. Они называются: комплекс НАДН-дегидрогеназы, комплекс цитохрома b-c1 и комплекс цитохромоксидазы. У каждого из них есть химические группы, которые позволяют проходить через них протонам, перемещаемым за счет транспорта электронов.
Производство энергии в митохондриях представляет собой двухэтапный процесс: создание протонного градиента между обеими сторонами мембраны митохондриального гребня, создаваемого цепью переноса электронов, и синтез АТФ АТФ-синтазой, которая использует это преимущество. Оба процесса связаны с митохондриальными кристами.
В результате в матриксе создается градиент протонов в 10 раз меньший, чем в межмембранном пространстве. Кроме того, в матрице создается более отрицательно заряженное пространство вследствие чистого ухода положительных зарядов по отношению к межмембранному пространству, которое становится более положительным. Создается электрохимический градиент, который заставляет протоны стремиться вернуться в матрицу.
Синтез АТФ — не единственный процесс, в котором используется протонный градиент. Другие заряженные молекулы, такие как пируват, АДФ и неорганический фосфор, перекачиваются в матрикс из цитозоля, тогда как другие, такие как АТФ, синтезируемая в матриксе, должны транспортироваться в цитозоль. Неорганический фосфор и пируват транспортируются путем соединения с входящим потоком протонов в рамках сопутствующего котранспорта. С другой стороны, АДФ связан котранспортом антипортового типа с АТФ.
Значительный синтез клеточных липидов происходит в митохондриях. Вырабатывается лизофосфатидная кислота, из которой синтезируются триацилглицерины. В митохондриях также синтезируются фосфатидная кислота и фосфатидилглицерин, последний необходим для продукции кардиолипина и фосфатидилэтаноламина.
Существуют органеллы, возникшие из митохондрий в ходе эволюции и приобретшие другие функции. Например, гидрогеносомы связаны с метаболизмом водорода, а митосомы — с метаболизмом серы. В этих органеллах отсутствует ДНК. С другой стороны, в последнее время митохондрии вместе с эндоплазматическим ретикулумом участвуют в генерации пероксисом посредством эмиссии везикул.
В ситуациях стресса митохондрии способны вызвать реакцию, направленную на защиту от указанного стресса. Однако если стрессовая ситуация затягивается и нанесенный ею ущерб не может быть устранен, запускается процесс регулируемой гибели клеток, называемый апоптозом. Внутриклеточный путь активации апоптоза требует участия митохондрий. Апоптоз также задействован в морфогенетических и физиологических процессах.
Синтез и деление
Митохондрии обладают способностью относительно легко делиться и сливаться, и эти два действия постоянно происходят в клетках. Это включает в себя смешивание и деление митохондриальной ДНК каждой из этих единиц органелл.
В эукариотических клетках нет отдельных митохондрий, а есть сеть, связанная с переменным количеством митохондриальной ДНК. Одна из возможных функций этого явления — делиться продуктами, синтезируемыми разными частями сети, исправлять локальные дефекты или просто делиться своей ДНК.
Если две клетки с разными митохондриями сливаются, сеть митохондрий, возникшая в результате объединения, станет однородной уже через 8 часов.
Деление митохондрий опосредовано белками, очень похожими на динамины , которые участвуют в образовании везикул. Точка, в которой эти органеллы начинают делиться, во многом зависит от их взаимодействия с эндоплазматической сетью. Мембраны ретикулума окружают митохондрии, сжимая их и в конечном итоге разделяя на две части.
Митохондрии и старение
Митохондрии управляют правильным функционированием клеток, обеспечивая их топливом (АТФ). Они также регулируют апоптоз – «самоубийство» клетки, когда она слишком повреждается или стареет. Таким образом, наши “энергетические станции” предотвращают накопление стареющих клеток в наших тканях, что является одной из основных причин старения.
Существуют исследования, которые показали, что возрастные заболевания связаны со снижением способности клеток вырабатывать энергию.
Митохондриальное истощение приводит к ухудшению иммунной защиты, нарушениям продукции гормонов, ухудшению пищеварения, недостаточной детоксикации печени, мышечной слабости и так далее.
Падение выработки гормона прегненолона также может быть признаком низкой активности митохондрий, вырабатывающих его из холестерина. Прегненолон является предшественником ДГЭА.
Кроме того, многие ученые считают, что продолжительность жизни человека связана с количеством у него митохондрий. Можно сказать, что наша жизнеспособность во многом зависит от состояния наших митохондрий.
По мере старения, особенно в случае чрезмерно интенсивных явлений окисления, митохондриальная ДНК легче повреждается и мутирует. Поврежденные митохондрии производят меньше энергии, но больше свободных радикалов, чем обычно, и способствуют воспалению, болезням и старению.
Таким образом, плохое функционирование митохондрий может привести к раку, ускоренному старению, дегенеративным заболеваниям, хроническому воспалению и накоплению внутриклеточных токсинов. Кроме того, в борьбе со старением особенно важно обеспечить функциональность и здоровье митохондрий.
ВАЖНО: эпигенетика и, следовательно, наш образ жизни влияют на митохондриальную ДНК и в то же время на деление наших клеток и поддержание их здоровья.
Факторы, повреждающие митохондрии
Митохондриальная дисфункция является наиболее частой причиной заболеваний и дегенеративных расстройств в нашем обществе, связанных с образом жизни. Различают первичные или врожденные митохондриальные нарушения, вызванные мутациями, и вторичные или приобретенные, обусловленные дефицитом выработки энергии или АТФ.
Факторы, предрасполагающие к повреждению митохондрий:
Как улучшить работу митохондрий
Митохондрии обладают способностью саморегулироваться в клетке, чтобы улучшить выработку энергии в конечном итоге увеличить процент здоровых и продуктивных митохондрий.
Несколько митохондрий могут объединяться с образованием более эффективных митохондрий (этому благоприятствует снижение потребления питательных веществ, голодание и т. д.), а также митохондрия может делиться на несколько более мелких, менее эффективных. Это происходит в случае, когда потребление питательных веществ слишком велико.
К этим регуляторным процессам добавляется функция, аналогичная аутофагии, позволяющая восстанавливать или устранять слишком поврежденные митохондрии, что активируется ограничением (рестрикцией) калорий.
В конечном счете производство энергии более эффективно при ограничении питательных веществ , чем при их избытке (по крайней мере, в определенной степени).
Нам также следует избегать подачи слишком большого количества питательных веществ в митохондрии, иначе мы рискуем вызвать ненужное окисление в наших клетках.
Фактически, забота о митохондриях сейчас становится одним из приоритетов в борьбе с последствиями старения.
Существует несколько способов активировать митохондрии:
Сжигание питательных веществ в митохондриях происходит с участием кислорода. Любая физическая активность, движение, техника дыхания могут помочь оптимизировать подачу кислорода. Также важно поддерживать хорошее кровообращение.
В производстве митохондриальной энергии участвуют различные необходимые питательные вещества. Поэтому необходимо избегать их дефицита. Каких именно витаминов и микроэлементов не хватает организму, может с высокой точностью определить доктор антивозрастной медицины, который при необходимости назначит добавки.
Онлайн обучение
Anti-Age медицине
Изучайте тонкости антивозрастной медицины из любой точки мира. Для удобства врачей мы создали обучающую онлайн-платформу Anti-Age Expert: Здесь последовательно выкладываются лекции наших образовательных программ, к которым открыт доступ 24/7. Врачи могут изучать материалы необходимое количество раз, задавать вопросы и обсуждать интересные клинические случаи с коллегами в специальных чатах
Краткие выводы
В этой статье мы поговорим о самой маленькой структурной единице организма — о клетке. Изучим состав клетки, узнаем, какие бывают виды клеток, и что происходит с клеткой, когда она становится старой.
22 декабря 2023 г.
Клеточная теория
Цитология — наука, изучающая строение и функции клеток.
Клеточное строение организмов открыл Роберт Гук в 1665 году. Это открытие случилось благодаря изобретению микроскопа в конце XVI века и неуемному любопытсву Гука — ученый из интереса рассматривал в микроскоп тонкие срезы разных растений. Он обнаружил, что эти срезы состоят из «пор и ячеек», и что эти ячейки «были не глубокими, а состояли из очень многих маленьких ячеек, вычлененных из непрерывной поры особыми перегородками». Он же впервые использовал термин «клетка».
Но до 1825 года исследователи считали, что внутри клетки ничего нет, а вся жизнедеятельность проходит в ее стенках. И только в 1825 году физиолог Я. Пуркине обнаружил в составе куриной яйцеклетки ядро, и понял, что внутри клетка очень даже живая и там происходит много чего интересного.
А дальше понеслось:
В 1831 году ботаник Р. Броун ввёл термин «ядро», и описал его как сферическое плотное внутриклеточное тельце.
Ботаник М. Шлейден в 1838 году доказал, что органы растений состоят из клеток и указал на то,что ядро крайне важно для жизни клетки. Однако эти ученые изучали только клетки растений, и считали, что строение растительных и животных клеток совсем разное.
И вот, наступил 1839 год. Зоолог Т. Шванн после долгих исследований животных клеток и изучения трудов Шлейдена публикует книгу «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений». В этом труде он выразил основные на тот момент идеи клеточной теории. Да и вообще стал создателем этой самой теории.
Единственное, в чём ошибся зоолог, так это в происхождении клеток. Он считал, что клетки растений и животных возникают из бесструктурного неклеточного вещества, как бы сами по себе. Хотя именно благодаря этой ошибке он посчитал растительные и животные клетки родственными.
В 1855 году врач Р. Вирхов исправил ошибку Шванна, добавив к клеточной теории принцип «Каждая клетка — от клетки». Он обнаружил и доказал, что клетки возникают не сами по себе, а размножаются делением. Ещё он предположил, что болезни организмов происходят из-за нарушения структур и функций клеток.
Благодаря клеточной теории стало возможно развитии гистологии (науки о тканях), эмбриологии (науки о зародышевом развитии), генетики (науки о наследовании) и многих других.
А сама-то теория не очень и большая:
Строение, состав и функции эукариотической клетки
Клетки бывают двух видов — прокариотические и эукариотические.
У эукариотических клеток в составе есть четко оформленное ядро и мембранные органоиды, а у прокариотических клеток нет ни мембранных органоидов, ни четко оформленного ядра. Мы будем рассматривать строение клетки на примере эукариотической клетки (то есть клетки с ядром).
Клетка состоит из поверхностного аппарата, цитоплазмы и ядра. Внутри цитоплазмы находятся дополнительные образования, которые выполняют определенные функции. Они называются органеллы.
Поверхностный комплекс животной клетки
Каждая клетка организма покрыта цитоплазматической мембраной или плазмалеммой. Это такой барьер, который защищает «внутренности» клетки от внешней среды, контролирует проникновение в клетку и из клетки разных химических соединений, отвечает за то, чтобы клетки «узнавали» друг друга, создавали связи между собой, передавали друг другу разные вещества.
Плазмалемма представляет из себя бислой (то есть двойной слой) фосфолипидных молекул с вкраплениями разных белков. У этих молекул гидрофобные хвостики и гидрофильные головки. Молекулы подвижны, они могут перемещаться в бислое, из-за чего плазмалемма подвижна и текуча. Также плазмалемма из-за особенностей билипидного слоя обладает способностью к самозамыканию. То есть, если случается повреждение, разрыв мембраны, билипидный слой быстро замыкается, устраняет разрыв. Это происходит потому, что и внутри и снаружи клетки есть вода, а у фосфолипидных молекул, помнишь, гидрофобные хвостики. Поэтому слой быстро спонтанно замыкается, чтобы уберечь эти хвостики от воды.
Еще благодаря этим замечательным молекулам в клетку могут поступать не какие попало вещества, а определенные — бислой пропускает только гидрофобные вещества, он (бислой) как бы растворяет их в себе. А крупные полярные молекулы или заряженные ионы наоборот, никак не могут проникнуть через бислой.
А чтобы нужные вещества могли попадать внутрь клетки (и выходить наружу), в строении плазмолеммы есть белки и углеводы. Белки, которые пронизывают липидный слой насквозь называются интегральными. Они выполняют роль ворот — пропускают или задерживают вещества.
А углеводы находятся на наружной стороне плазмолеммы. Они отвечают за то, чтобы клетки «узнавали» друг друга и могли соединяться в ткани.
Благодаря белкам, углеводам и липидному бислою плазмолемма обладает избирательной проницаемостью
Избирательная проницаемость — способность цитоплазматической мембраны пропускать и задерживать определенные вещества.
После того, как белки «разрешат» веществам пройти через плазмолемму, эти вещества попадают внутрь клетки, в цитоплазму.
Структура цитоплазмы
Цитоплазма — жидкое содержимое клетки с находящимися в ней органоидами
Цитоплазма — своеобразный «суп» внутри клетки. В ее состав входят органоиды и жидкость, которая называется цитозолем. Там же, в цитозоле, находятся нити белковых молекул, которые образуют фибриллярный цитоскелет.
Органеллы (органоиды) — постоянные компоненты клетки, которые выполняют конкретные функции и запускают процессы, обеспечивающие жизнедеятельность клетки.
Органеллы это «внутренние органы» клетки. Они занимаются перевариванием веществ, созданием белков, размножением клетки и много чем еще.
По своему строению органеллы бывают двумембранные, одномембранные и немембранные. К одномембранным относятся лизосомы, аппарат Гольджи, эндоплазматический ретикулум. К немембранным относятся рибосомы и микротрубочки. К двумембранным — митохондрии и пластиды.
Не пугайся, сейчас мы обо всех них поговорим.
Рибосомы
Рибосомы — мелкие тельца грибовидной формы, в которых идёт синтез белка.
Рибосома состоит из двух частей — большой и маленькой. В состав каждой части входят рибосомальная РНК и белок. Эти части находятся отдельно друг от друга, пока не приходит время синтезировать белок.
Когда клетке нужен определённый белок, она отправляет к рибосоме информационную РНК. Маленькая и большая часть рибосомы и иРНК соединяются, как кубики Лего, и производят белок.
Дальше этот белок отправляется по эндоплазматическому ретикулуму туда, где нужен этот белок.
Эндоплазматический ретикулум
Эндоплазматический ретикулум или эндоплазматическая сеть (ЭПС) — одномембранная клеточная структура, которая представляет собой систему многочисленных замкнутых канальцев, цистерн, и осуществляет транспортировку веществ внутри клетки.
Ну то есть, ЭПС это такой высокоскоростной хайвей, по которому развозятся необходимые вещества. Есть хайвей, по которому передвигаются липиды и углеводы — гладкая ЭПС — а есть хайвей, по которому катается белок — гранулярная (шероховатая) ЭПС. Вот рибосомы находятся на поверхности шероховатого ретикулума.
Белки, которые нужны внутри клетки, доставляются в нужное место, а те, которые нужно «передать» за пределы клетки, направляются в аппарат Гольджи.
Аппарат Гольджи
Аппарат Гольджи — одномембранная органелла, отвечающая за упаковку белков в пузырьки и играющая важную роль в секреции.
Если ЭПС это шоссе, то аппарат Гольджи это такой склад, куда по шоссе приходят вещества. Он выглядит как согнутая стопка плоских дисковидных цистерн с пузырьками. Выпуклой стороной аппарат Гольджи обращен в сторону ядра и ЭПС, от которой и принимает белки. А вогнутым полюсом он обращен в сторону плазмалеммы, а иногда даже врастает в нее.
От эндоплазматического ретикулума вещества в виде пузырьков попадают в аппарат Гольджи. Там эти пузырьки перемещаются по всем его изгибам. Во время этого путешествия вещества созревают, «дорабатываются» и упаковываются. И в конце всей этой транспортировки выводятся из клетки.
Но не все пузырьки с аппарата Гольджи перерабатываются и отправляются наружу. Некоторые из них становятся лизосомами.
Лизосомы
Лизосома — это мембранные пузырьки, внутри которых содержаться ферменты, способные расщеплять различные органические соединения.
Если говорить грубо, лизосома — это «желудок» клетки. В состав лизосом входят особые ферменты, которые могут расщеплять сложные молекулы. А когда клетка становится слишком старой или дефектной, лизосомы расщепляют ее изнутри.
Заправляет всеми этими процессами ядро, которое находится в центре клетки.
Ядро
Ядро — крупная структура клетки, центр регуляции жизнедеятельности клетки.
Ядро выполняет функцию мозга клетки, ее центрального процессора. С него все начинается — причём начинается буквально, так как ЭПС «растёт» из внешней ядерной оболочки.
Обрати внимание — на экзамене ядро не является органеллой.
Ядро отделено от цитоплазмы ядерной двухслойной оболочкой. Первый слой очень похож по составу на ЭПС, поэтому они могут срастаться. Для связи и обмена веществ с цитоплазмой в оболочке есть поры. Через них из ядра выходят рибосомы, а внутрь попадают необходимые белки.
Жидкость внутри ядра называется нуклеоплазмой или ядерным соком. В ее состав входят молекулы ДНК, которые несут наследственные характеристики всего организма.
Так же внутри ядра можно разглядеть одно или несколько уплотнений — ядрышки. В них происходит синтез рРНК и образуются рибосомы.
В целом, ядро отвечает за то, чтобы «помнить», что это за клетка какого организма и отдавать команды на синтез веществ, их поглощение и выделение продуктов обмена.
Митохондрии — полуавтономные двумембранные органоиды, характерные для клеток эукариот
Митохондрии это продолговатые двумембранные органоиды, которых довольно много в цитоплазме и они довольно крупные. У них две мембраны – наружная и внутренняя. Наружная гладкая, а у внутренней есть выросты и складки – кристы.
Митохондрии это энергетические станции клеток. Они отвечают за синтез АТФ, который происходит во время дыхания клетки. На внутренней мембране митохондрии находятся дыхательные ферменты, благодаря которым происходит окисление разных веществ и выделение из них энергии, которая запасается в молекулах АТФ.
А еще у митохондрий есть собственные молекулы ДНК и РНК, они могут выделять собственные рибосомы. Находится все это внутри митохондрии в матриксе, которым она заполнена.
Но несмотря на молекулы ДНК внутри митохондрий, они не могут “заменить” ядро и выполнять его функции, потому что в митохондриях хранится информация только о 30 видах белка.
Цитоскелет
Цитоскелет — белковая фибриллярная структура внутри клетки, обеспечивающая пространственную организацию цитоплазмы.
Цитоскелет — это комплекс белков, благодаря которым органоиды внутри клетки не свалены в одну кучу.
Основной компонент цитоскелета — белковые микротрубочки. Визуально они похожи на очень тугую пружину. Молекулы белка соединяются друг с другом и закручиваются в плотную спираль с пустотой внутри. И вот такими цилиндрами пронизана вся цитоплазма. Вдоль этих цилиндров перемещаются вещества и органоиды.
Особенности растительной клетки
Помнишь, мы говорили о том, изначально ученые считали, что растительные клетки и животные клетки имеют разную природу? Это связано с тем, что у растительной клетки есть несколько отличий от животной.
В первую очередь это строение поверхностного комплекса. У растений помимо плазматической мембраны есть еще клеточная стенка. Это неживая клеточная структура, которая состоит из целлюлозы. В отличие от животных клеток (у которых текучая и подвижная) растительные клетки прочные и неподвижные. А для обмена веществ в клеточной стенке есть поры.
Внутри растительных клеток есть вакуоли — одномембранные мешки, заполненные клеточным соком. В вакуолях копятся питательные вещества и некоторые конечные продукты обмена веществ.
Еще в растительных клетках есть пластиды — двумембранные полуавтономные органоиды клетки. Они, как митохондрии, выполняют роль энергетической станции.
Самые распространенные пластиды это хлоропласты. Они крупные, зеленого цвета, их хорошо видно в микроскоп. Так же, как у митохондрий, у хлоропластов наружняя мембрана гладкая, а внутренняя образует выросты – ламеллы и тилакоиды. Тилакоиды — это дисковидные мешочки, которые уложены в стопку (с виду это похоже на стопку монет). Такие стопки называются гранами. А ламеллы —это тонкие мембранные выросты, которыми граны соединяются между собой.
В многоклеточных организмах разные клетки выполняют разные функции. Но при этом все клетки обладают рядом общих функций.
К общим функция относятся:
А в разных тканях организма клетки обладают специфическими функциями. Вот некоторые из них:
Проверь себя
Что такое эукариотическая клетка?
-клетка, у которой ядерное вещество не ограничено ядерными стенками
-клетка, у которой есть четко оформленное ядро (правильно)
-клетка, у которой больше одного ядра
Как образуется лизосомы?
-они появляются внутри ядра и выходят из ядерных пор
-они растут на поверхности эндоплазматического ретикулума
-они образуются из пузырьков внутри аппарата Гольджи (правильно)
Каким образом происходит синтез белка внутри клетки?
-он образуется из пузырьков аппарата Гольджи
-малая и большая части рибосомы синтезируют разные части белка и потом эти части соединяются
-малая и большая части рибосомы объединяются, и с помощью иРНК синтезируют белок (правильно)