Строение клеток эукариот: поверхностный аппарат, биология

Эукариоты (лат. Eukaryota от др.греческого εὖ – «хорошо, полностью» и κάρυον – «орех, ядро»), или ядерные. Это такая группа живых организмов, в клетках которых содержится обособленное ядро.

Признаки и особенности клеток эукариот

Основополагающей особенностью этих клеток является наличие четкого сформированного ядра. Вся генетическая информация находится внутри ядра и отделена от цитоплазмы клетки ядерной оболочкой.

Все клетки эукариот состоят из трех основных частей:

  • клеточной оболочки (ограничивает клетку от окружающей среды и защищает ее);
  • цитоплазмы (составляет внутреннее содержимое клетки, в котором расположены все органоиды клетки);
  • ядра (содержит генетический материал клетки).

Характеристика клеток эукариот

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) линейная и связанна с белками – гистонами (одна из функций которых – упаковка всех молекул ДНК внутри ядра) и другими белками, входящими в состав хромосом.

Цикл жизни эукариотической клетки  состоит из двух фаз жизни ядра клетки:

  • Гаплофаза (первая фаза) – это гаплоидный (одинарный) набор хромосом.
  • Диплофаза (вторая фаза) – образование диплоидной клетки (ядра), которая содержит диплоидный (двойной) набор хромосом.

Третье отличие эукариот – наличие уникальных органелл, которые имеют собственный генетический аппарат, размножаются делением и окружены мембранами (одной или более).

Эти – митохондрии и пластиды. По своему строению и особенностям жизнедеятельности они сходны с бактериями.

Ещё одним свойством эукариот является явление эндоцитоза – процесс захвата клеткой внешнего материала. Одной из разновидностей является фагоцитоз (дословно «поедание клеткой»). Он выполняет защитную функцию.

Строение клеток эукариот: поверхностный аппарат, Биология

И еще одна особенность – строение жгутиков. Это выросты клетки, окруженные мембраной и содержащие цитоскелет (аксонема). Он состоит из микротрубочек. Жгутики эукариот имеют способность изгибаться и извиваться, тогда как у прокариот они могут только вращаться.

Виды и классы эукариот

Классифицируют клетки эукариот по разным параметрам. Самым первым было разделение на царства растений и животных. Отдельно выделили царство грибов. Их выделяют в отдельную группу из-за ряда биохимических особенностей.

В некоторых классификациях выделяют царства протистов (простейших) и хромисты (клетки, в состав которых входит хлоропласт).

Размеры клеток эукариот

Диаметр эукариотической клетки колеблется в пределах 10 – 100 мкм, тогда как клетки прокариот обычно имеют размер 0,5—10 мкм. Исходя из диаметров, логично, что и объем клеток эукариот в 1 000, а то и в 10 000 больше, чем у прокариот.

Строение эукариот

Клетки эукариоты достаточно крупные, поэтому и строение их сложнее прокариот. В их клетках встречается около десятка различных внутренних структур, называемые органеллами (иногда их называют органоиды).

Многие из них имеют собственную одну или несколько мембран, отделяющих их от цитоплазмы. Рассмотрим подробнее особенности их строения.

Ядро эукариот

Ядро эукариот имеет две мембраны. В составе ядра содержится генетический материал – молекулы ДНК, заключенные в хромосомы. И в составе клеток может быть как одно ядро, так и несколько. Есть и многоядерные клетки.

Геном эукариот

Геном эукариот значительно сложнее и его можно представить в виде формулы.

Строение клеток эукариот: поверхностный аппарат, Биология

Геном эукариотической клетки = ДНК ядра + ДНК митохондрии + ДНК хлоропластов + ДНК других пластид, в зависимости от типа клетки.

Оболочка клетки эукариот

Основу клеточной оболочки составляет плазмолемма или плазматическая мембрана. Основная ее функция – отделение всего внутреннего содержимого клетки от других клеток и внешней среды. Все плазмолеммы состоят из двойного слоя липидов (жиров), которые имеют два конца – гидрофобный и гидрофильный. Первые обращены внутрь клетки, вторые – наружу.

Кроме липидного слоя, в мембранах есть белки: периферические, погруженные (полуинтегральные) и пронизывающие (интегральные).

Периферические белки прилегают к липидному слою с внутренней или внешней стороны. полуинтегральные белки частично встроены в мембрану, а интегральные — проходят через всю толщу мембраны. Белки способны перемещаться в плоскости мембраны.

Функции белков различны: это транспортировка молекул, получение сигналов извне, поддержание массой структуры мембран.

Наверно, второе по значимости свойство мембран клеток – избирательная проницаемость. То есть через мембрану могут пройти далеко не все вещества.

Особенностью животных клеток эукариот является наличие наружного слоя – гликокаликса. Он выполняет функцию рецепторов и сигнальной системы. Кроме этого, этот слой необходим для объединения клеток и формирования тканей.

Мембраны растительных клеток покрыты стенкой из целлюлозы. В ней есть поры, которые пропускают внутрь клетки воду и небольшие молекулы. Такая клеточная стенка достаточно жесткая, она усиливает механическую опору и защиту клетки в целом.

Функции клеточных оболочек:

  • поддерживать, и определять форму и внутреннее содержимое клетки;
  • защищать от механических повреждений и проникновения повреждающих биологических агентов;
  • регулировать обмен веществ между клеткой и окружающей средой;
  • осуществлять «узнавание» многих молекулярных сигналов;
  • участвовать в формировании межклеточных контактов и специфических образований (реснички или жгутики).

Рибосомы в клетках эукариот

Рибосомы эукариот это немембранный органоид, который состоит из большой и малой субъединицы. Диаметр рибосом около 20 нм.

В химическом плане рибосомы – это белки (около 100 молекул) и рРНК – 4 молекулы. Молекулы рРНК составляет 50-63% ее массы. Она формирует структурный каркас рибосомы.

Основной функций рибосом является синтез белка (сборка полипептидных цепочек). Для выполнения этой функции рибосомы могут объединиться в комплекс, так называемую полирибосому или полисому. Но синтез возможен и на одиночной рибосоме.

Органоиды эукариот

Органоиды — это различные компоненты клеток. У них разные специфические функции и они обычно постоянно находятся в клетках.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС), или эндоплазматический ретикулум (ЭПР) – это двумембранная органелла. Внутренняя мембрана образует систему «цистерн» и каналов. Они соединены между собой и ограничивают полости ЭПС.

Функциями ЭПС являются:

  • транспортировка веществ внутри клетки и разделение цитоплазмы;
  • участие в синтез органических веществ;
  • место образования аппарата Гольджи.

Аппарат Гольджи, или комплекс Гольджи  – это органоид, который также имеет одну наружную мембрану. Его можно представить как в виде стопок плоских «цистерн» с расширенными краями. В каждой стопочке от 4 до 6 «цистерн». Вместе они называются диктиосома.

Функции аппарата Гольджи:

  • секреция, синтез и накопление органики;
  • переработка и преобразование поступивших веществ и их «укладка» в мембранные пузырьки;
  • здесь образуются лизосомы.

Аппарата Гольджи больше всего в клетках различных желез.

Лизосомы – это еще один одномембранный органоид. Это пузырьки, содержащие от 20 до 60 различных видов гидролитических ферментов. С их помощью происходит лизис – расщепление веществ.

Функции лизосом:

  • переработка органики внутри клетки;
  • ликвидация клеточных и неклеточных структур.

Вакуоли – это своеобразные хранилища растворов веществ, как  органических, так и неорганических. В них хранятся вещества, поступающие из ЭПС и аппарата Гольджи.

В клетках растений содержится больше вакуолей. По мере роста клетки, все маленькие вакуоли объединяются в одну центральную вакуоль. Она может быть очень крупной и занимать до 95% от всего объема клетки. Жидкость внутри – это клеточный сок. Состав его очень разнообразен.

В животных клетках вакуолей меньше количеству и они значительно мельче. Обычно они содержат ферменты.

Функции вакуолей:

  • регуляция водно-солевого обмена за счет накопления воды и водорастворимых веществ;
  • поддержание внутриклеточного (тургорного) давления;
  • окрашивание цветов и плодов растений.

Митохондрии – двумембранный органоид. Одна внешняя мембрана – гладкая, в внутренняя образует кристы – складки. За счет них внутренняя поверхность митохондрии увеличивается.

Количество митохондрий в клетках зависит от активности процессов обмена веществ. Митохондрии могут размножаться простым делением пополам.

Функции митохондрий:

  • синтез АТФ
  • расщепление органики с помощью кислорода.

Пластиды – это специфические  органоиды клеток растений. У них также две мембраны. Пластиды бывают трех типов:

  • лейкопласты – бесцветные;
  • хромопласты – желтого, красного и оранжевого цвета;
  • хлоропласты – зеленые.

Функции пластид разнообразны, как и они сами:

  • Хлоропласты, двумембранные. Пигмент хлорофилл придает им зеленый цвет. Наличие хлорофилла позволяет им выполнять основную функцию – фотосинтез.
  • Лейкопласты, как и хлоропласты двумембранные. Они не содержат пигментов, поэтому бесцветные. Основная функция их – это все что связано с питательными веществами (синтез, накопление и хранение). Поэтому их много в подземных частях растений.

Различают несколько видов лейкопластов по типу накапливаемых веществ. Амилопласты – накапливают крахмал, элайопласты – масла, а протеинопласты – белки.

  • Хромопласты содержат каротиноиды. Эти пигменты придают им красную, желтую или оранжевую окраску (плоды, лепестки, листья). Яркий цвет привлекает опылителей и распространителей семян растений.

Пластиды имеют способность переходить из одной формы в другую.

Цитоскелет в его состав входят микротрубочки и микрофиламенты – это белковые нити. Внутри клетки они образуют сложные структуры – переплетения.

Строение клеток эукариот: поверхностный аппарат, Биология

Функции цитоскелета:

  • определяет форму клетки и является опорой для органоидов;
  • образует «веретено деления»;
  • участвует в движениях клетки и токах цитоплазмы.

Клеточный центр

Особенное образование. Он участвует в процессе митоза или мейоза (об этом ниже) и играет определенную роль в формировании цитоскелета.

Клеточный центр состоит из двух центриоль и центросферы. Центриоли внешне напоминают цилиндры, состоящие из микротрубочек. В процессе деления клетки они расходятся к полюсам клетки, и образуют веретено деление.

Органоиды движения есть не у всех клеток эукариот. Основная функция их, конечно, движение клетки, но также функции захвата веществ или сократительные. К этим органоидам относят:

  • реснички (встречаются у инфузорий и клеток эпителия дыхательных путей);
  • жгутики (жгутиконосцы и сперматозоиды);
  • ложноножки (корненожки и лейкоциты);
  • миофибриллы (мышечные клетки).
Читайте также:  Мутагены - биология

Деление клеток эукариот

Для эукариотических клеток присущи 3 вида деления клеток:

  • амитоз — прямое деление;
  • митоз — непрямое деление;
  • мейоз — редукционное деление.

Амитоз — самый простой, но редкий способ деления клетки. Он характерен для стареющих или опухолевых клеток. В этом случае ядро делится путем перетяжки. Наследственный материал в таком случае распределяется не равномерно.

Митоз – это основной тип деления клеток, когда обе дочерние клетки получаю генетический материал идентичный материалу исходной (материнской) клетки. Митоз состоит из четырех стадий: профаза, метафаза, анафаза и телофаза.

Строение клеток эукариот: поверхностный аппарат, Биология

Значение митоза высоко с точки зрения биологии. Это:

  • генетическая стабильность;
  • увеличение числа клеток и, соответственно, рост организма;
  • явления регенерации.

Мейоз – это еще один способ деления клеток, но в результате этого деления образуются клетки с гаплоидным (одинарным) набором хромосом. Он также состоит из тех же 4 стадий, но в случае мейоза, по окончании первых стадий делений, после небольшой паузы, наступает вторая стадия деления уже без удвоения хромосом.

Значение мейоза:

  • является основой полового размножения (формирование гамет (половых клеток);
  • является основой комбинативной изменчивости организмов.

Примеры, функции и значение эукариотических клеток

Примерами эукариотических клетоя являются клетки растений, животных, грибов и протозоа (одноклеточные эукариоты).

Эукариотические клетки осуществляют все функции, характерные для живых организмов – обмен веществ, рост, развитие, размножение. Они также способны к адаптации и регенерации.  В многоклеточных организмах, клетки отличаются по строению в зависимости от выполняемых функций. Из таких специализированных клеток уже формируются ткани: эпителиальные, мышечные, нервные, соединительные и т.д.

Эукариотическая клетка строение, свойства и функции (Таблица)

Эукариоты или ядерные, — это надцарство живых организмов, клетки в которых содержится ядро. Все организмы, кроме прокариот (бактерий и архей), являются ядерными. Вирусы и вироиды не относятся ни к прокариотам, ни эукариотам.

Эукариотические клетки в основном намного крупнее прокариотических, разница в объёме достигает тысяч раз.

Клетки эукариот включают около десятка видов различных структур – органеллы, из которых многие отделены от цитоплазмы одной или несколькими мембранами.

Ядро — часть клетки, окружённая у эукариот двойной мембраной (двумя элементарными мембранами) и содержащая генетический материал: молекулы ДНК, «упакованные» в хромосомы. Ядро обычно одно, но бывают и многоядерные клетки.

Строение клеток эукариот: поверхностный аппарат, Биология

Таблица строение эукариотической клетки и функции

Органоиды Строение и свойства эукариотической клетки Функции клетки
Плазматическая мембрана Тонкая пленка 7-10мк, состоящая из двойного слоя фосфолипидов, с включением белков. Гидрофобные (отталкивающие воду) молекулы липидов погружены в толщу мембраны, а гидрофильные – обращены наружу в окружающую водную среду. К некоторым белкам на поверхности клеток прикреплены углеводы; такие белки называют гликопротеинами, они являются рецепторами. Снаружи углеводный слой – гликока-ликс. Белки, гликопротеины и липиды, находящиеся на поверхности разных клеток, очень специфичны и являются указателями типа клеток. С их помощью клетки «узнают» друг друга {например, сперматозоид «узнает» яйцеклетку). Сходное строение имеют внутриклеточные мембраны
  • — Изолируетклетку от окружающей среды.
  • — Обеспечивает обмен веществ и энергии между клеткой и внешней средой, движение клеток и сцепление их друг с другом.
  • — Соединяет клетки в ткани.
  • —  Клеточная мембрана обладает избирательной проницаемостью, регулирует поступление веществ в клетку, водный баланс, выведение продуктов обмена.
  • — Участвует в фагоцитозе и пиноцитозе.
  • — Большинство мембранных белков служат катализаторами химических реакций, осуществляют транспорт веществ или являются рецепторами
Цитоплазма Цитоплазма – коллоидный раствор различных солей и органических веществ – цитозоль. Вода составляет 60-90 % всей массы цитоплазмы. Белки – 10-20 %, а иногда до 70 % сухой массы. Система белковых нитей, пронизывающая цитоплазму называется цитоскелетом. Кроме белков в состав цитоплазмы могут входить липиды 23 %, различные органические 1,5 % и неорганические соединения 1,5 %. Цитоплазма находится в постоянном движении
  1. — Жидкая среда клетки для химических реакций.
  2. — Участвует в передвижении веществ.
  3. — Поддерживает тургор клетки. 
  4. — Терморегуляция.
  5. — Механическая функция, за счет цитоскелета
Ядро – важнейший органоид эукариотической клетки, в прокариотической клетке отсутствует Окружено двухслойной пористой мембраной, образующей комплекс с остальными мембранами клетки. Содержит хроматин – комплекс ДНК и белка, образует хромосомы в момент деления клетки. Ядрышко – состоит из белка и РНК, может быть несколько. Ядерный сок – кариолимфа – коллоидный раствор органических и неорганических веществ
  • — Хранение наследственной информации в хромосомах. 
  • — Регуляция синтеза белка и процессов происходящих в клетке. 
  • — Транспорт веществ. 
  • — Синтез РНК (иРНК, тРНК, рРНК), а также сборка рибосом. 
  • — Руководит процессами самовоспроизведения и процессами развития организма
Эндоплазматическая сеть (ретикулум) Шероховатый (гранулярный) ретикулум – представляет собой систему мембран, образующих канальцы, цистерны, трубочки, несущую рибосомы. Строение мембран сходно с наружной мембраной и образуете ней единую сеть
  1. — Синтез белка на рибосомах.
  2. — Транспорт веществ по цистернам и трубочкам.
  3. — Деление клетки на отдельные секции – компартменты
Гладкий ретикулум – имеет такое же строение, как и шероховатый, но не несет рибосом — Участвует в синтезе липидов, белок не синтезируется. — Остальные функции, сходные с шероховатым ретикулум
Рибосомы Мельчайшие органоиды клетки диаметром около 20нм. Рибосомы состоят из двух неравных субъединиц (частиц): большой и малой. В состав рибосомы входят рибосомальная РНК и белки. Синтезируются в ядрышке. Объединяются вдоль иРНК в цепочки, образуя полисому Биосинтез первичной структуры белка по принципу матричного синтеза
 Лизосомы Представляет собой окруженный одинарной мембраной пузырек диаметром 0,2-0,8мкм, имеет овальную форму. Содержит набор пищеварительных ферментов, синтезированных на рибосомах. Образуется в комплексеГольджи. Прочная мембрана лизосом препятствует проникновению ферментов в цитоплазму. Входит в состав единой мембранной системы клетки — Пищеварительная – обеспечивает переваривание органических веществ, попавших в клетку при фагоцитозе и линоцитозе  — При голодании лизосомы могут участвовать в растворении органоидов, клеток и частей организма (утрата хвоста у головастика) – автолизе
Митохондрии Двухмембранные органоиды. Наружная мембрана гладкая, а внутренняя образует многочисленные складки и выросты -кристы. Внутри митохондрия заполнена бесструктурным матриксом. В матриксе содержатся молекулы ДНК, РНК, рибосомы. Митохондрии имеют разнообразную форму: округлые, овальные, цилиндрические и палочковидные тельца
  • — Энергетический и дыхательный центр клеток. 
  • — Освобождение энергии в процессе дыхания. 
  • — «Запасание» энергии в виде молекул АТФ. Источником энергии являются органические вещества, окисляющиеся под действием ферментов до СO2 и Н2O
Клеточный центр – характерен для клеток животных и низших растении Органоид немембранного строения, состоящий из двух центриолей – цилиндрической формы, расположенных перпендикулярно друг другу. Каждая центриоль имеет вид полого цилиндра, стенка которого образована из 9пар микротрубочек. Участвуют в делении клеток животных и низших растений, образуя веретено деления
Аппарат (комплекс) Гольджи Система уплощенных цистерн (трубочек, полостей), ограниченных двойными мембранами, образующих по краям пузырьки (диктиосомы). В растительных клетках цистерны способны расширяться и превращаться в крупные вакуоли. Входит в единую мембранную систему клетки
  1. — Участвует в транспорте продуктов биосинтеза к поверхности клетки и в выведении их из клетки.
  2. — Вещества упаковываются в пузырьки.
  3. — В растениях – участвуют в построении клеточной стенки.
  4. — Формирует лизосомы
Органоиды движения Микротрубочки – длинные тонкие полые цилиндры, диаметром 25нм. Стенки микротрубочек состоят из белков — Опорная – образуют внутренний каркас, помогающий клеткам сохранять форму. — Двигательная – входят в состав ресничек и жгутиков
Микронити – тонкие структуры, состоящие из тысяч молекул белка, соединенных друг с другом — Образуют опорно-двигательную систему, называемую цитоскелетом. — Способствуют току цитоплазмы в клетках
Реснички – многочисленные цитоплазматические выросты на поверхности мембраны – образованы микротрубочками, покрытыми мембраной Обеспечивают передвижение некоторых одноклеточных организмов и ток жидкости в организмах, удаление частичек пыли (дыхательный реснитчатый эпителий)
Жгутики – единичные выросты на поверхности клетки. Реснички и жгутики имеют общую основную структуру: девять пар микротрубочек, расположенных кольцом, две одиночные микротрубочки в центре и базальное тельце в основании Служат для движения одноклеточным организмам, сперматозоидам,зооспорам
Клеточные включения Непостоянные структуры цитоплазмы. Плотные включения в виде гранул Содержат запасные питательные вещества (крахмал, жиры, белки, сахар)
Пластиды – хлоропласты Содержимое пластид называют стромой. Наружная мембрана гладкая, внутренняя образует пластинчатые апячивания – тилакоиды. Большая часть их укладывается в виде стопки монет и образует граны. В мембранах гран находится хлорофилл, придающий зеленую окраску и обеспечивающий протекание световой фазы светосинтеза
Пластиды – лейкопласты Округлые, бесцветные органоиды, внутренняя мембрана образует 2-3 выроста. На свету преобразовываются в хлоропласты Служат местом отложения запасных питательных веществ, чаще всего крахмала
Пластиды – хромопласты Двухмембранные шарообразные органоиды, шаровидной формы. Содержат пигменты – каротиноиды, окраска желтая, красная, оранжевая Придают лепесткам цветков, плодам и прицветным листьям окраску, привлекают насекомых-опылителей
Клеточная оболочка (стенка) Состоит из целлюлозы, имеет поры. Имеется в клетках грибов, состоит из хитина Защищает клетку от внешних воздействий, придает прочность, является скелетом растения
Вакуоль, характерна только для растительных клеток Мембранная полость, заполненная клеточным соком. Вакуоль является производной эндоплазматической сети. Клеточный сок является водным раствором органических веществ: органических кислот, сахара, солей, белков, дубильных веществ, алкалоидов, пигментов и так далее.
  • — регуляция водно-солевого обмена;
  • — поддержание тургорного давления;
  • — накопление продуктов обмена веществ и запасных веществ;
  • — выведение из обмена токсичных веществ
Читайте также:  Общие признаки строения членистоногих - биология

_______________

Источник информации:

1. Биология в таблицах и схемах / Спб. — 2004.

2. Биология: Справочник для старшеклассников и поступающих в вузы/ Т.Л.Богданова —М.: 2012.

Строение клетки эукариот (ядерных) • биология-в.рф

Строение клетки эукариот (ядерных)Строение клеток эукариот: поверхностный аппарат, Биология

Строение клетки эукариот (ядерных)

К эукариотам (от греч. эу – полностью, хорошо) относятся клетки растений, грибов, животных. Среди эукариот есть одноклеточные, колониальные и многоклеточные формы. Клетки этих организмов имеют хорошо сформированное ядро. Некоторые зрелые клетки (ситообразные трубки высших растений, эритроциты и тромбоциты большинства млекопитающих) в процессе эволюции его утратили.

Каждая клетка состоит из поверхностного аппарата, цитоплазмы и внутриклеточных структур. Поверхностный аппарат клетки образован плазматической мембраной, надмембранными и подмембранными структурами.

Через него происходит обмен веществ между клеткой и средой обитания. Поверхностный аппарат клеток разных организмов отличается.

У клеток бактерий, растений и грибов в состав надмембранного комплекса входит клеточная стенка, а животных клеток – гликокаликс.

Плазматическая мембрана

Клетки как прокариот, так и эукариот покрыты плазматической мембраной (от лат. membrana – кожура, пленка), 6-10 нм толщиной. Она ограничивает цитоплазму и защищает ее от воздействий окружающей среды.

Ее основная функция – транспорт веществ. Плазматическая мембрана определяет размеры клеток. В клетке нет открытых мембран со свободными концами.

На протяжении жизни клетки мембрана остается постоянной, но все ее составляющие постоянно обновляются.

Кроме того, различают внутренние мембраны. Ими внутренняя среда клеток разделена на отдельные функциональные участки – компартменты.

Одна из функций компартментов – это обеспечение возможности одновременного осуществления многих несовместимых биохимических процессов.

Разнообразные мембранные структуры были выявлены с помощью световой и электронной микроскопии. Крупнейшими компартментами являются ядро, митохондрии и т. п.

В биологических мембранах происходят процессы, связанные с преобразованием энергии, формированием и передачей возбуждения, восприятием и передачей информации, явлениями иммунитета и т. п. У многоклеточных организмов плазматические мембраны обеспечивают межклеточные контакты.

Плазматическая мембрана эукариотических клеток в определенных местах составляет единое целое с мембранами эндоплазматической сети. Мембраны эндоплазматической сети непосредственно связаны с мембранами комплекса Гольджи.

С помощью комплекса Гольджи воссоздаются клеточные структуры (лизосомы и т. п.). Лизосомы сливаются с пиноцитозными или фагоцитозными пузырьками. Последние возникают из плазматической мембраны. Клетка делится на большое количество ячеек.

Они играют важную роль в ходе процессов обмена.

После деления клетки из мембран эндоплазматической сети образуется ядерная мембрана. Внешняя ядерная мембрана является продолжением мембраны эндоплазматической сети.

Таким образом, единая мембранная система клетки составляет комплекс мембранных структур. Эти структуры связаны между собою пространственно и функционально.

Химический состав мембран

Все клеточные мембраны и эукариот, и прокариот имеют подобные химический состав и принцип организации. Но соотношения химических компонентов, детали строения могут отличаться, в зависимости от типа мембран и их функций.

Основные химические компоненты мембраны: липиды, белки и некоторое количество углеводов.

Белки являются основным функциональным компонентом биологических мембран. От сухой массы мембран составляют в среднем до 60 %. Они образуют комплексы с липидами. В строении мембран различают поверхностные и внутренние белки.

Поверхностные белки составляют около 30 % от общего количества мембранных белков. Они содержатся на внешней и внутренней поверхностях мембран. Поверхностные белки связаны с поверхностями мембран непосредственно или через двухвалентные катионы, преимущественно Са2+ и Mg2+электрическими силами. При разрушении клетки легко отделяются от мембран.

Внутренние белки составляют почти 70 % общего количества мембранных белков. Они погружены на разную глубину в двойной слой липидов. Иногда пронизывают мембрану насквозь. Такие белки связывают обе поверхности мембраны.

По биологической роли мембранные белки делят на ферментативные, защитные, рецепторные (сигнальные белки) и структурные.

Разные типы мембран имеют определенный набор ферментативных белков. На мембранах содержатся некоторые ферменты, которые принимают участие в регуляции обмена веществ, преобразовании энергии и т. п.

Некоторые мембранные белки (антитела и т. п.) выполняют защитную функцию.

Структурные белки принимают участие в стабилизации мембран.

Рецепторные белки способны в ответ на воздействие различных факторов окружающей среды изменять свою пространственную структуру и таким образом передавать сигнал в клетку.

Липиды составляют от сухой массы мембран 40 %. Преобладают среди липидов фосфолипиды (до 80 %). Фосфолипиды в своем составе имеют остатки фосфорной и серной кислот, которые образуют гидрофильные головки. Неполярная часть представлена остатками жирных кислот.

Углеводы не входят самостоятельно в состав мембран. Они образуют комплексы с белками или липидами: гликопротеиды или гликолипиды соответственно. Локализованы на внешней стороне внешней мембраны.

Структура биологических мембран

Общепринятая модель биологических мембран как прокариот, так и эукариот – жидкостно-мозаичная. Название происходит от того, что около 30 % липидов тесно связаны с внутренними белками, а остальные находятся в жидком состоянии.

Молекулы липидов образуют двойной слой, где полярные гидрофильные остатки фосфорной кислоты (головки) обращены к внешней и внутренней сторонам мембраны, к жидкой среде, неполярные хвосты – вглубь. Молекулы белков находятся или с внешней, или с внутренней стороны слоя липидов, или погружены в него.

Сверху мембрана напоминает мозаику, которая образована полярными головками липидов и поверхностными и внутренними белками.

Мембраны способны волнообразно двигаться, чем способствуют передвижению макромолекул. Поскольку входящие в состав мембран молекулы способны перемещаться, мембраны при незначительных повреждениях быстро восстанавливаются, могут легко сливаться одна с другой, растягиваться и сжиматься.

Между молекулами белков или их частями часто существуют поры, или канальцы, заполненные водой.

Поверхность мембраны неоднородная, чем обусловлены отличительные физиологические свойства разных участков. Она образует отростки, вгибы, складки, микроворсинки, которые намного увеличивают внешнюю и внутреннюю поверхности клетки.

Транспорт веществ через мембрану

Транспорт может быть как пассивным (без затрат энергии), так и активным (с затратами энергии).

Пассивный

Пассивный транспорт происходит посредством диффузии, осмоса, транспортных белков. Процессы пассивного и активного транспорта присущи всем типам мембран.

Диффузия – это процесс взаимопроникновения молекул. Происходит взаимопроникновение благодаря различию в концентрации вещества извне и внутри клетки по градиенту концентрации. Вещества через определенные участки или поры проникают через мембрану вследствие хаотичного теплового движения молекул без затрат энергии.

Диффузия зависит от проницаемости мембраны. Процесс пассивного транспорта обеспечивает избирательную проницаемость веществ через мембраны. Полупроницаемостъ мембраны – это способность выборочно пропускать в клетку и выводить из нее разные молекулы и ионы.

При этом, как и при диффузии, вещества перемещаются благодаря градиенту концентрации почти без затрат энергии.

Осмос – это диффузия воды через полупроницаемую мембрану из области с меньшей концентрацией растворенного вещества в область с большей концентрацией.

Существует несколько механизмов пассивного транспорта с помощью белков: 1) с участием подвижных белков-переносчиков, которые присоединяют транспортируемое вещество на одной поверхности мембраны, а освобождают на другой; 2) за счет изменения конфигурации внутренних белков, которые пересекают мембрану. Некоторые белки могут вращаться вокруг своей оси.

Фиксированные в мембране молекулы переносчиков могут образовывать цепь, и определенное вещество последовательно перемещается от одного звена этой цепи к другому.

Активный

Активный транспорт связан с затратами энергии, источником которой могут быть или различие концентрации ионов, которые возникают с обеих сторон мембраны, или энергия, которая высвобождается при расщеплении молекул АТФ.

На перенос веществ через плазматическую мембрану влияет различие концентрации ионов калия и натрия во внутренней и внешней средах клетки. Внутри живой клетки концентрация ионов калия всегда выше, чем извне, а ионов натрия – наоборот.

Возникает градиент концентрации, который ведет к поступлению в клетку посредством диффузии ионов натрия, а ионов калия – из нее. Концентрация ионов в клетке и вне ее никогда не выравнивается, поскольку существует особый механизм, который выводит ионы натрия из клетки и вводит туда ионы калия.

Такой механизм называется калиево-натриевым насосом. Процесс происходит с затратой энергии. Концентрация этих ионов с обеих сторон плазматической мембраны выравнивается в мертвых или замороженных клетках.

Благодаря калиево-натриевому насосу облегчается энергетический негатив – против градиента концентрации – транспорт низкомолекулярных соединений (глюкозы, аминокислот и т. п.).

К активному транспорту относятся цитозы. Выведение веществ из клетки называется экзоцитозом, введение их в клетку – эндоцитозом. Известно два вида эндоцитоза: фагоцитоз и пиноцитоз. При этом образуются пузырьки, окруженные мембраной, диаметром 0,01-2 мкм. Вещества в этих творениях сливаются или взаимодействуют с разнообразными мембранными структурами.

Фагоцитоз (от греч. фагос – пожирать) – активное поглощение твердых объектов, частичек органических веществ, мелких клеток и т. п.

Фагоцитоз наблюдается у клеток одноклеточных или многоклеточных животных, которые лишены клеточной стенки. Одноклеточные животные (амебы, фораминиферы и т. п.) и некоторые многоклеточные (клетки гидры и т. п.

Читайте также:  Видоизменения побегов - биология

) питаются благодаря фагоцитозу. Лейкоциты хордовых с помощью фагоцитоза выполняют защитную функцию.

Процесс фагоцитоза происходит в несколько этапов: 1) сближение клетки с объектом, который можно захватить; 2) образование фагосомы – плазматическая мембрана окутывает объект и проталкивает его в цитоплазму; 3) переваривание объекта (поступают лизосомы, содержащие гидролитические ферменты). Непереваренные остатки выводятся из клетки.

Пиноцитоз (от греч. пино – пью, вбираю) – это поглощение клеткой жидкостей вместе с растворенными в них соединениями. Происходит благодаря вгибанию мембраны. Наблюдается у клеток разнообразных организмов.

Клеточный уровеньУровни организации живого

Методическая разработка урока в 10 классе по теме "Строение клеток эукариот

  •  «Строение клеток эукариот: поверхностный аппарат»
  • урок биологии в 10 классе
  • Цели:
  • Расширить знания учащихся о  строении и функциях плазматической мембраны;
  • установить взаимосвязь между строением и функциями плазматической мембраны;

Задачи:

  • Способствовать развитию общеучебных и общебиологических навыков: наблюдения, обобщения и формулирования выводов;
  • Продолжить формирование навыков анализа, синтеза, сравнения, установления причинно-следственных связей
  • Способствовать развитию творческой активности и познавательного интереса учащихся; Продолжать развитие умения слушать и анализировать ответы одноклассников
  • Развивать навыки работать с дополнительной литературой и выполнять задания;
  • Отрабатывать навыки коллективной работы в группе
  • Воспитывать дух соревнования, коллективизма, точность и быстроту ответов; осуществлять эстетическое воспитание.
  1. .
  2. Тип урока: Коизучение нового материала;
  3. Методы обучения: репродуктивный, объяснительно-иллюстративный, поисковый, проблемный.
  4. Организация деятельности учащихся:
  • фронтальная беседа;
  • обсуждение;
  • работа в группах
  • сравнение и сопоставление;
  • работа с «слепыми» рисунками;
  • связь с другими разделами биологии ( зоология, анатомия и т.д.)

Педагогические технологии: элементы

  • Групповой
  • Проблемного обучения
  • Компьютерной технология
  • игровой и педагогики сотрудничества
  • Оборудование: компьютер,  проектор (презентация)
  • раздаточный материал с заданиями
  • дополнительная литература
  • демонстрационный опыт
  • Ход урока
  • I. Организационный момент 

У нас с вами сегодня непростой урок, нам предстоит плодотворная работав группах для выяснения ряда жизненных, важных, проблемных вопросов. Поэтому убрали лишнее (на парте рабочие тетради и учебники) и настроились на работу.

II. Повторение материала. Актуализация знаний (постановка проблемы)

  1. -С каким уровнем организации мы с вами познакомились?
  2. – На какой уровень перешли?
  3. – Нам с вами предстоит на протяжении нескольких уроков совершать путешествие в микроскопический мир клетки.
  4. – Но прежде, чем мы начнем наше путешествие я вам предлагаю БЛИЦ-ТУРНИР
  1. Вещество обеспечивающие объем и упругость клеток (вода)
  2. Вещество является основным источником энергии (углеводы)
  3. Вещество участвует в образовании внутренней среды организма (вода)
  4. Вещество выполняющее запасающую функцию в клетки (липиды)
  5. Мономеры липидов (глицерин, житные кислоты)
  6. Мономеры белков (аминокислоты)
  7. Что образовывается с помощью пептидных связей (1-ая структура белка)
  8. Какая структура белка является наиболее устойчивой (1-ая)
  9. Процесс нарушения природной структуры белковой молекулы называется (денатурацией)
  10. Масла – это органические вещества какой природы (липиды, растит. происхождения, сод ненасыщен жирн. кислоты)
  11. Какие органические вещества выполняют в клетке регуляторную, транспортную, структурную функции (белки)
  12. В каких растворителях растворяются липиды (спирт, эфир)
  13. Все химические реакции в клетке протекают при участии каких веществ (ферменты- белки)
  14. Мономером каких веществ являются нуклеотиды (нуклеиновые кислоты0
  15. Элементарная, живая система, способная к саморегуляции, самообновлению, самовоспроизведению (клетка)
  16. Кто первым ввел понятие «клетка» (Р. Гук)
  17. Кто является создателем клеточной теории (Шванн, Шлейдон)
  18. Какую поправку в клеточную теорию внес Вирхов (Всякая клетка от клетки)

– Молодцы!

– Внимание на экран! Что изображено на рисунке?

  • – Что общего между разными клетками живых организмов?
  • – Мы с вами в каждом разделе биологии рассматривали строение и функционирование различных клеток
  • – ВЫВОД: несмотря на большое разнообразие клеток каждая из них имеет в своем строении три компонента: клеточная оболочка, цитоплазма, ядро.

-Если вспомнить из курса ботаники: поглощение воды из почвы; из зоологии: поглощение органических веществ одноклеточными организмами; Процессы газообмена на клеточном уровне (альвеола – капилляр); Эритроцит в растворе с различной концентрацией солей. Все эти процессы с каким компонентом клетки связаны?

– А вот теперь мы с вами можем постепенно погружаться в клетку и 1-ая задача выяснить:

1) Строение и функции цитоплазматической мембраны и их связь

2) Возникает проблема – Потребуются ли эти знания в жизни? Как практически применить эти знания?

– В рабочих тетрадях записываем число, тема урока «Поверхностный аппарат клетки»

по ходу нашей работы нам предстоит в тетрадях заполнять таблицу «Строение клетки»

  1. Изучение нового материала
  1. История открытия мембраны(группа)

Когда стало возможным рассмотреть строение мембраны?

Найдите, какие были первые представления о клеточной мембране.

Такая модель мембраны, похожая на сэндвич, была предложена американскими учеными Даниели и Давсоном в 1935 году. С появлением электронного микроскопа она была подтверждена и несколько видоизменена.

В настоящее время принята жидкостно-мозаичная модель мембраны, согласно которой белковые молекулы, плавающие в жидком липидном бислое, образуют в нем своеобразную мозаику.

Схема этой современной модели, предложенной в 1972 году Сингером и Николсоном,

  1. Строение мембраны (группа)

– билипидный слой, белки (поверхностные белки — гликопротеины — комплекс белка и гликозильного компонента (разветвлённой олигосахаридной цепи) — рецепторная функция; погружённые белки — ферменты, переносчики электронов, преобразователи энергии; трансмембранные белки — образуют каналы или поры, через которые в клетку и из клетки проникают полярные молекулы и т.д.)

  1. -гликокаликс (углеводный комплекс)
  2. (слайд таблица)
  3. схематичный рисунок (слайд)
  4. – Мы с вами знакомились с строением и функциями этих органических веществ.
  5. -как вы думаете будут ли они влиять на функции мембраны?
  1. Функции мембраны (группа)

Барьерная, контактна, рецепторная, транспортная

  1. Отделяет клеточное содержимое от внешней среды.(Защитная)
  2. Регулирует обмен между клеткой и внешней средой
  3. Делит клетки на отсеки.
  4. На мембране некоторых органоидов происходят химические реакции.
  5. На мембране располагаются рецепторные участки для распознавания внешних стимулов, поступающих из окружающей среды или из другой части самого организма.

– С какой функцией мембраны связаны процессы о которых мы вспоминали в начале урока??? (транспортной), но так как в состав мембраны входят липиды, белки –  то транспорт избирательный!

Транспорт веществ важен по ряду причин:

  1. Поддержание соответствующего Рн
  2. Поддержание определенной концентрации
  3. Поступление веществ является источником энергии
  4. Выведение токсичных отходов, секреция полезных веществ
  5.  Создание ионных градиентов необходимых для нервной и мышечной активности

Существует четыре основных механизма для поступления веществ в клетку или выхода из клетки наружу:

пассивный транспорт, который идет по градиенту концентраций (без затрат энергии)

  1. диффузия Диффузия – это движение молекул или ионов из области с высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией по градиенту.
  2. перенос мелких молекул(газов, воды)
  3. облегченная диффузия
  4. осмос Осмос – это движение растворителя из области высокой концентрации в область более низкой концентрации (подвядание листьев, внесение избытка удобрений в цветы, при борьбе с сорняками, когда междурядья поливают поваренной солью)

активный транспорт, который идет против градиента концентрации (с затратами энергии)

  1. Экзоцитоз (это движение веществ из клетки) и Эндоцитоз (это движение веществ  в клетку).
  • эндоцитоз (фагоцитоз, пиноцитоз)
  • экзоцитоз
  • натриево-калиевый насос (ионы Na выводятся из цитоплазмы, ионы К переносятся в нее)
  • II. Закрепление материала

Мы познакомились с строением и функциями плазмалеммы. Какие выводы можем сделать о значимости этого компонента для клетки в целом???

  1. Оболочка клетки имеет жидкостно-мозаичное строение. Функциональные особенности ее определяются ее химическим составом и структурой.

Таким образом, цитоплазматическая мембрана выполняет следующие основные функции

  • Ограничивает и защищает клетку от воздействия окружающей среды;
  • Регулирует обмен веществ и энергии между клеткой и внешней средой;
  • Обеспечивает связь между клетками в тканях многоклеточного организма;
  • Выполняет рецепторную функцию;

Мембрана имеется у всех живых клеток Важное условие существования клетки, а значит и жизни – целостность биологической мембраны ; она обеспечивает важные жизненные процессы – обмен веществ; саморегуляция; гомеостаз; связь с другими клетками.

Как практически применить полученные знания о строении и функциях клеточной мембраны? Потребуются ли они в жизни?” (опыт с картофелем)

  1. При получении лекарств (фармакология), в генетике, в селекции, в биотехнологии, в медицине
  2. Почему клеточная мембрана, обладая избирательной проницаемостью даже для питательных веществ, почти беспрепятственно пропускает спирт этанол?
  3. Почему неварёный корнеплод свёклы в холодной воде сохраняет свой пигмент, и воду не окрашивает, и та же свёкла, но при варке окрашивает воду в красный цвет.

-Зная состав мембраны мы можем предположить под влиянием каких факторов пойдет ее нарушение (Биологические мембраны повреждаются при воздействии физических (температура) и химических факторов (тяжёлые металлы ртуть, спирт), нарушается их структурная целостность, вплоть до некроза.

Цитологические исследования показали, что старение – результат изменений клеточной структуры. При старении происходит: а) снижение фагоцитарной активности и соответствующее обезвреживание частиц; б) изменение фосфолипидного состава плазматических мембран.

Продлить молодость клетки могут соблюдение правил здорового образа жизни).

Составит синквейн

V. Подведение итогов.

два студента оперировали жабу. Для предупреждения высыхания они замочили внутренние органы в 9% – растворе соли. Внутренние органы сморщились, и жаба погибла. Какую ошибку допустили студенты?

Ссылка на основную публикацию