Какие функции клеточной оболочки и ее внутреннего слоя


Строение и функции клеточной оболочки

Лекция 5. История создания клеточной теории. Клеточная оболочка. Немембранные органоиды. Включения

 

Создание и основные положения клеточной теории. Клеточная теория – важнейшее биологическое обобщение, согласно которому все живые организмы состоят из клеток. Изучение клеток стало возможным после изобретения микроскопа. В 1590 году Янсен изобрел микроскоп, в котором увеличение обеспечивалось соединением двух линз.

Впервые клеточное строение у растений (срез пробки) обнаружил английский ученый, физик Р.Гук, он же предложил термин "клетка" (1665 г.). Голландский ученый Антони ван Левенгук впервые описал эритроциты позвоночных, сперматозоиды, разнообразные микроструктуры растительных и животных клеток, различные одноклеточные организмы, в том числе бактерии.

В 1831 г. англичанин Р.Броун обнаружил в клетках ядро. В 1838 г. немецкий ботаник М.Шлейден пришел к выводу, что ткани растений состоят из клеток и что в любой растительной клетке есть ядро. Немецкий зоолог Т.Шванн показал, что из клеток состоят и ткани животных. В 1839 г. вышла книга Т.Шванна «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений, в которой он доказывает, что клетки, содержащие ядра, представляют собой структурную и функциональную основу всех живых существ. Основные положения клеточной теории Т. Шванна можно сформулировать следующим образом.

1) Клетка – элементарная структурная единица строения всех живых существ.

2) Клетки растений и животных самостоятельны, гомологичны друг другу по происхождению и структуре. М.Шдейден и Т.Шванн ошибочно считали, что главная роль в клетке принадлежит оболочке и новые клетки образуются из межклеточного бесструктурного вещества. В дальнейшем в клеточную теорию были внесены уточнения и дополнения, сделанными другими учеными.

Еще в 1827 г. академик Российской АН К.М.Бэр, открыв яйцеклетки млекопитающих, установил, что все организмы начинают свое развитие с одной клетки, представляющей собой оплодотворенное яйцо. Это открытие показало, что клетка является не только единицей строения, но и единицей развития всех живых организмов.

В 1855 г. немецкий врач Р.Вирхов приходит к выводу, что клетка может возникнуть только из предшествующей клетки.

На современном уровне развития биологии основные положения клеточной теории можно представить следующим образом.

1. Клетка – элементарная живая система, единица строения, жизнедеятельности, размножения и индивидуального развития организмов.

2. Клетки всех живых организмов сходны (гомологичны) по строению и химическому составу.

3. Новые клетки возникают только путем деления ранее существовавших клеток.

4. Клетка может быть самостоятельным организмом, осуществляющим всю полноту процессов жизнедеятельности (прокариоты и одноклеточные эукариоты). Все многоклеточные организмы состоят из клеток. Рост и развитие многоклеточного организма – следствие роста и размножения одной или нескольких исходных клеток Многоклеточные организмы представляют собой ассоциации специализированных клеток, объединенных в целостные системы, которые регулируются нервными и гуморальными механизмами.

  1. Клеточная организация возникла на заре жизни и прошла длительный путь эволюционного развития от безъядерных форм (прокариот) к ядерным (эукариотам).

6. Клеточное строение организмов – доказательство единства происхождения всего живого.

Изучения клеток осуществляется с помощью различных методов: –световой и электронной микроскопии, дифференциального ультрацентрифугирования, рентгеноструктурного анализа, хроматографии, электрофореза, микрохирургии, метода культуры клеток, метода радиоактивных изотопов и др.

 

Строение и функции клеточной оболочки

 

Клетка является основной структурной и функциональной единицей живых организмов, осуществляющей рост, развитие, обмен веществ и энергии, хранящей и реализующей генетическую информацию. Размеры клеток достаточно широко варьируют, у человека, например, от нескольких микрометров (малые лимфоциты – 7 мкм) до 100 мкм (яйцеклетка). В среднем диаметр животных клеток равен приблизительно 20 а растительных – 40 мкм. Состоит эукариотическая клетка из трех основных частей – клеточной оболочки, цитоплазмы и ядра.

Клеточная оболочка состоит из двух слоев – плазмалеммы и наружного слоя. Плазмалемма прилегает к цитоплазме и ограничивает содержимое эукариотической клетки. Над мембраной формируется наружный слой, в животной клетке он тонкий и называется гликокаликсом (образован гликопротеинами, гликолипидами, липопротеинами), в растительной клетке – толстый, называется клеточной стенкой (образован целлюлозой), в грибной клеточная стенка образована хитином, в прокариотической клетке – муреином.

Строение мембран. Все биологические мембраны имеют общие структурные особенности и свойства. В настоящее время общепринята жидкостно-мозаичная модель строения мембраны. Основу мембраны составляет липидный бислой, образованный в основном фосфолипидами. Фосфолипиды – триглицериды, у которых один остаток жирной кислоты замещен на остаток фосфорной кислоты. участок молекулы, в котором находится остаток фосфорной кислоты, называют гидрофильной головкой, участки, в которых находятся остатки жирных кислот – гидрофобными хвостами. В мембране фосфолипиды располагаются строго упорядоченно: гидрофобные хвосты молекул обращены друг к другу, а гидрофильные головки – наружу, к воде. Помимо липидов в состав мембраны входят белки (в среднем ≈60%). Они определяют большинство специфических функций мембраны (транспорт определенных молекул, катализ реакций, получение и преобразование сигналов из окружающей среды и др.).

  Рис. . Строение плазмалеммы

 

Различают периферические белки(расположены на наружной или внутренней поверхности липидного бислоя), полуинтегральные белки(погружены в липидный бислой на различную глубину) и интегральные, или трансмембранные белки(пронизывают мембрану насквозь, контактируя при этом и с наружной, и с внутренней средой клетки). Интегральные белки в ряде случаев называют каналообразующими или канальными, так как их можно рассматривать как гидрофильные каналы, по которым в клетку проходят полярные молекулы (липидный компонент мембраны их бы не пропустил).

В состав мембраны могут входить углеводы (до 10%). Углеводный компонент мембран представлен олигосахаридными или полисахаридными цепями, связанными с молекулами белков (гликопротеины) или липидов (гликолипиды). В основном углеводы располагаются на наружной поверхности мембраны. Углеводы обеспечивают рецепторные функции мембраны. В животных клетках гликопротеины, липопротеины и гликолипиды образуют надмембранный комплекс – гликокаликс, имеющий толщину несколько десятков нанометров. В нем располагаются многие рецепторы клетки, с его помощью происходит адгезия клеток.

Молекулы белков, углеводов и липидов подвижны, способны перемещаться в плоскости мембраны. Толщина плазматической мембраны – примерно 7,5 нм.

 

  Рис. Движение катионов по электрохимическому градиенту
Функции оболочки. Плазмалемма с гликокаликсом выполняют множество функций – отделяют клеточное содержимое от внешней среды, регулируют обмен веществ между клеткой и средой, место локализации различных «ферментативных конвейеров», обеспечивают связь между клетками в тканях многоклеточных организмов (адгезия), рецепторная функция связана с распознаванием сигналов.

Важнейшее свойство мембран – избирательная проницаемость, то есть мембраны хорошо проницаемы для одних вещества или молекул и плохо проницаемы (или совсем непроницаемы) для других. Это свойство регуляции обмена веществ между клеткой и внешней средой. Процесс прохождения веществ через клеточную мембрану называют транспортом веществ. Различают пассивный транспорт – процесс прохождения веществ, идущий без затрат энергии и активный транспортпроцесс прохождения веществ, идущий с затратами энергии.

  Рис. . Плазмолиз и деплазмолиз в растительной клетке
При пассивном транспорте вещества перемещаются из области с более высокой концентрацией в область с более низкой, то есть по градиенту концентрации. В любом растворе имеются молекулы растворителя и растворенного вещества. Процесс перемещения молекул растворенного вещества называют диффузией, перемещения молекул растворителя – осмосом. Если молекула заряжена, то на ее транспорт влияет и электрический градиент - разность зарядов. Наружная сторона мембраны заряжена положительно, внутренняя – отрицательно, что влияет на движение через мембрану катионов и анионов. Поэтому часто говорят об электрохимическом градиенте, объединяя оба градиента вместе. Скорость транспорта зависит от величины градиента.

Различают несколько видов пассивного транспорта: простую диффузию, диффузию через белковые каналы и облегченную диффузию. Простая диффузия – диффузия веществ непосредственно через липидный бислой (диффузия молекул жирорастворимых веществ, кислорода, углекислого газа, воды).Ионы Na+, K+, Ca2+, Cl- проходят через мембрану через каналообразующие белки – это диффузия через мембранные каналы. Облегченная диффузия – транспорт веществ с помощью специальных транспортных белков, каждый из которых отвечает за перемещение определенных молекул или групп родственных молекул (глюкоза, аминокислоты, нуклеотиды).

Транспорт молекул растворителя – воды (во всех биологических системах растворителем является именно вода) называется осмосом. Классическим примером осмоса (движения молекул воды через мембрану) являются явления плазмолиза и деплазмолиза. При добавлении 10% раствора поваренной соли к препарату кожицы лука наблюдается плазмолизионы Na+ и Сl- вызывают выход воды из протопласта клетки и отставание протопласта от клеточной стенки. При удалении раствора соли и добавлении воды идет обратный процесс – деплазмолиз.

  Рис. Виды транспорта через мембрану: 1 – простая диффузия; 2 – диффузия через мембранные каналы; 3 – облегченная диффузия с помощью белков-переносчиков; 4 – активный транспорт.
Необходимость активного транспорта возникает тогда, когда необходимо обеспечить перенос через мембрану молекул против электрохимического градиента. Этот транспорт осуществляется особыми белками-переносчиками, деятельность которых требует затрат энергии. Источником энергии служат молекулы АТФ. Примером активного транспорта является работа Na++-насоса (натрий-калиевого насоса), фагоцитоз и пиноцитоз.

Работа Na++-насоса. Для нормального функционирования клетка должна поддерживать определенное соотношение ионов «К+» и «Na+» в цитоплазме и во внешней среде. Концентрация «К+» внутри клетки должна быть значительно выше, чем за ее пределами, а «Na+» – наоборот. Следует отметить, что «Na+» и «К+» могут свободно диффундировать через мембранные каналы. Na++-насос противодействует выравниванию концентраций этих ионов и активно перекачивает «Na+» из клетки (против концентрационного и электростатичекого градиентов), а «K+» в клетку (против концентрационного, но по электростатическому градиенту).

Na++-насос представляет собой трансмембранный белок, способный к конформационным изменениям, вследствие чего он может присоединять как «K+», так и «Na+». За один цикл работы насос выводит из клетки три «Na+»и заводит два «К+ » за счет энергии молекулы АТФ. На работу натрий-калиевого насоса тратится почти треть всей энергии, необходимой для жизнедеятельности клетки.

Эндоцитоз – процесс поглощения клеткой крупных частиц и макромолекул. Различают два типа эндоцитоза: фагоцитоззахват и поглощение крупных частиц (клеток, частей клеток, макромолекул) и пиноцитоз – захват и поглощение жидкого материала (раствор, коллоидный раствор, суспензия). Явление фагоцитоза открыто И.И.Мечниковым в 1882 г. При эндоцитозе плазматическая мембрана образует впячивание, края ее сливаются, и происходит отшнуровывание в цитоплазму структур, отграниченных от цитоплазмы одиночной мембраной. К фагоцитозу способны многие простейшие, некоторые лейкоциты. Пиноцитоз наблюдается в эпителиальных клетках кишечника, в эндотелии кровеносных капилляров.

Экзоцитоз – процесс обратный эндоцитозу: выведение различных веществ из клетки. При экзоцитозе мембрана пузырька сливается с наружной цитоплазматической мембраной, содержимое везикулы выводится за пределы клетки, а ее мембрана включается в состав наружной цитоплазматической мембраны. Таким способом из клеток желез внутренней секреции выводятся гормоны, у простейших – непереваренные остатки пищи.

 

Цитоплазма – обязательная часть клетки, заключенная между плазматической мембраной и ядром, подразделяется на гиалоплазму (основное вещество цитоплазмы), органоиды (постоянные компоненты цитоплазмы) и включения (временные компоненты цитоплазмы). Химический состав цитоплазмы – основу составляет вода (60-90% всей массы цитоплазмы), различные органические и неорганические соединения. Цитоплазма имеет щелочную реакцию. Характерная особенность цитоплазмы эукариотической клетки – постоянное движение (циклоз). Оно обнаруживается, прежде всего, по перемещению органоидов клетки, например хлоропластов. Если движение цитоплазмы прекращается, клетка погибает, так как, только находясь в постоянном движении, она может выполнять свои функции.

Гиалоплазма (цитозоль)представляет собой бесцветный, слизистый, густой и прозрачный коллоидный раствор. Именно в ней протекают все процессы обмена веществ, она обеспечивает взаимосвязь ядра и всех органоидов. В зависимости от преобладания в гиалоплазме жидкой части или крупных молекул, различают две формы гиалоплазмы: золь – более жидкая гиалоплазма и гель – более густая гиалоплазма. Между ними возможны взаимопереходы: гель превращается в золь и наоборот. Цитоплазма объединяет все компоненты клетки в единую систему, среда для прохождения многих биохимических и физиологических процессов, среда для существования и функционирования органоидов.

 


Читайте также:


Рекомендуемые страницы:

Поиск по сайту



Поиск по сайту:

poisk-ru.ru

Общая характеристика клеточной оболочки.

Общая характеристика клеточной оболочки.

Клеточная оболочка – структурное образование на периферии клетки, придающее ей прочность, сохраняющее ее форму и защищающее протопласт. Оболочка, как правило, бесцветна и прозрачна, легко пропускает солнечный свет. По ней могут передвигаться вода и растворенные низкомолекулярные вещества. Оболочки соседних клеток соединены пектиновыми веществами, образующими срединную пластинку.

Скелетным веществом оболочки клеток высших растений является целлюлоза. Молекулы целлюлозы, представляющие собой очень длинные цепи, собраны по нескольку десятков в группы – микрофибриллы. В них молекулы располагаются параллельно друг другу и «сшиты» многочисленными водородными связями. Они обладают эластичностью, высокой прочностью и создают структурный каркас оболочки, а также погружены в ее аморфный матрикс, состоящий в основном из гемицеллюлоз и пектиновых веществ.

Молекулы матричных полисахаридов значительно короче молекул целлюлозы. Их цепи располагаются в оболочке достаточно упорядоченно и образуют многочисленные поперечные (ковалентные и водородные) связи как друг с другом, так и с целлюлозными микрофибриллами. Эти связи значительно повышают прочность клеточной оболочки. В зависимости от типа ткани, в состав которой входит клетка, в матриксе оболочки могут быть и другие органические (лигнин, кутин, суберин, воск) и неорганические (кремнезем, оксалат кальция) вещества.

В образовании структурных элементов клеточной оболочки принимают участие плазмалемма, аппарат Гольджи и микротрубочки. На плазмалемме происходит синтез микрофибрилл целлюлозы, а микротрубочки способствуют их ориентации. Аппарат Гольджи выполняет функцию образования веществ матрикса оболочки, в частности гемицеллюлоз и пектиновых веществ.

Различают первичную и вторичную клеточные оболочки. Меристематические и молодые растущие клетки, реже клетки постоянных тканей, имеют первичную оболочку, тонкую, богатую пектином и гемицеллюлозой. Вторичная клеточная оболочка образуется по достижении клеткой окончательного размера и накладывается слоями на первичную со стороны протопласта. Она обычно трехслойная, с большим содержанием целлюлозы. Для многих клеток (сосуды, трахеиды, механические волокна, клетки пробки) образование вторичной оболочки является основным моментом их высокоспециализированной дифференциации. Протопласт клетки при этом отмирает, и основную функцию клетки выполняют за счет мощной вторичной оболочки.

Плазмодесмы присущи только растительным клеткам. Они представляют собой тонкие цитоплазматические тяжи, соединяющие соседние клетки. В одной клетке может содержаться от нескольких сотен до десятков тысяч плазмодесм. Стенки канала плазмодесмы выстланы плазмалеммой, непрерывной по отношению к плазмалемме смежных клеток. По центру канала проходит мембранный цилиндр – центральный стержень плазмодесмы, соединенный с мембраной ЭПР. Между центральным стержнем и плазмалеммой в канале находится гиалоплазма. Плазмодесмы выполняют функцию межклеточного транспорта веществ.

Порами называют неутолщенные места оболочки (углубления), на которых отсутствует вторичная оболочка. Они содержат тончайшие отверстия, через которые проходят плазмодесмы. По форме порового канала различают простые и окаймленные поры. У простых диаметр канала приблизительно одинаков на всем протяжении от полости клетки до первичной оболочки и канал имеет форму узкого цилиндра. У окаймленных (трахеальные элементы) канал суживается в процессе отложения вторичной оболочки; поэтому внутреннее отверстие поры, выходящее в полость клетки, значительно уже, чем наружное, упирающееся в первичную оболочку. В смежных клетках поры располагаются напротив друг друга. Это облегчает транспорт воды и растворенных веществ от клетки к клетке. Общие поры имеют вид канала, разделенного перегородкой из срединной пластинки и первичными оболочками (замыкающая пленка поры).

Слайды:

infourok.ru

3. Строение клетки. Клеточные органоиды

Ядрышко представляет собой плотное округлое тело внутри ядра. Обычно в ядре клетки бывает от одного до семи ядрышек. Они хорошо видны между делениями клетки, а во время деления — разрушаются.
 


Функция ядрышек — синтез РНК и белков, из которых формируются особые органоиды — рибосомы.


Рибосомы участвуют в биосинтезе белка. В цитоплазме рибосомы чаще всего расположены на шероховатой эндоплазматической сети. Реже они свободно взвешены в цитоплазме клетки.

 

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) участвует в синтезе белков клетки и транспортировке веществ внутри клетки.

 

Значительная часть синтезируемых клеткой веществ (белков, жиров, углеводов) не расходуется сразу, а по каналам ЭПС поступает для хранения в особые полости, уложенные своеобразными стопками, «цистернами», и отграниченные от цитоплазмы мембраной. Эти полости получили название аппарат (комплекс) Гольджи. Чаще всего цистерны аппарата Гольджи расположены вблизи от ядра клетки.


Аппарат Гольджи принимает участие в преобразовании белков клетки и синтезирует лизосомы — пищеварительные органеллы клетки.


Лизосомы представляют собой пищеварительные ферменты, «упаковываются» в мембранные пузырьки, отпочковываются и разносятся по цитоплазме.


В комплексе Гольджи также накапливаются вещества, которые клетка синтезирует для нужд всего организма и которые выводятся из клетки наружу.

 

Митохондрии — энергетические органоиды клеток. Они преобразуют питательные вещества в энергию (АТФ), участвуют в дыхании клетки.

 

Митохондрии покрыты двумя мембранами: наружная мембрана гладкая, а внутренняя имеет многочисленные складки и выступы — кристы.

 

 

В мембрану крист встроены ферменты, синтезирующие за счёт энергии питательных веществ, поглощённых клеткой, молекулы аденозинтрифосфата (АТФ).
АТФ — это универсальный источник энергии для всех процессов, происходящих в клетке.


Количество митохондрий в клетках различных живых существ и тканей неодинаково.
Например, в сперматозоидах может быть всего одна митохондрия. Зато в клетках тканей, где велики энергетические затраты (в клетках летательных мышц у птиц, в клетках печени), этих органоидов бывает до нескольких тысяч.

Митохондрии имеют собственную ДНК и могут самостоятельно размножаться (перед делением клетки число митохондрий в ней возрастает так, чтобы их хватило на две клетки).

Митохондрии содержатся во всех эукариотических клетках, а вот в прокариотических клетках их нет. Этот факт, а также наличие в митохондриях ДНК позволило учёным выдвинуть гипотезу о том, что предки митохондрий когда-то были свободноживущими существами, напоминающими бактерии. Со временем они поселились в клетках других организмов, возможно, паразитируя в них. А затем за многие миллионы лет превратились в важнейшие органоиды, без которых ни одна эукариотическая клетка не может существовать.

Плазматическая мембрана

www.yaklass.ru

Клеточная оболочка, её структуры. Молекулярная организация и функции биологической мембраны. Виды транспорта веществ.

Биологические системы, их фундаментальные свойства. Эволюционно обусловленные уровни организации жизни. Элементарные единицы, элементарные явления на различных уровнях организации жизни.

 

Биологические системы - биологические объекты различной сложности ( клетки, ткани, органы, системы органов и организмы, биоценозы и экосистемы, вплоть до биосферы в целом), имеющие несколько уровней структурно - функциональной организации, представляя собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов.

 

Фундаментальные свойства живых систем:

  • Самовоспроизведение
  • Специфичность организации( клеточные структуры, ткани, органы, системы органов)
  • Упорядоченность структуры
  • Обмен веществ ( препятствует увеличению энтропии)
  • Рост и развитие
  • Целостность и дискретность
  • Раздражимость и возбудимость
  • Движение
  • Наследственность и изменчивость
  • Саморегуляция

 

Уровень организации живого Элементарная единица Элементарное явление
Молекулярно-генетический ген Способность гена к ковариантной редупликации (всегда появляется новое: при кроссинговере, половом размножении, мутациях)
Клеточный клетка Поток веществ ( белки, энергия АТФ, информация в виде ДНК)
Онтогенетический особь Клеточная дифференциация
Популяционно-видовой популяция Изменение генофондов
Экосистемный биогеоценоз Круговорот вещества и энергии
Биосферный биосфера Глобальный круговорот вещества и энергии

 

 

Клеточная теория Т. Шванна и М. Шлейдена, её основные положения. Современное состояние клеточной теории.

 

  1. Клетка - единственная форма существования живого, является элементарной структурной и функциональной единицей живого.
  2. Новые клетки образуются только делением исходной клетки
  3. Клетка является структурно- функциональной единицей многоклеточного живого организма

 

Типы клеточной организации. Строение про- и эукариотических клеток. Гипотезы происхождения эукариотических клеток (симбиотическая, инвагинационная).

Среди всего многообразия ныне существующих на Земле организмов выделяют две группы: вирусы и фаги, не имеющие клеточного строения; все остальные организмы представлены разнообразными клеточными формами жизни. Различают два типа клеточной организации: прокариотический и эукариотический.

 

Прокариоты Эукариоты
Нет ядра Есть ядро
Нет внутриклеточной мембраны Сеть внутриклеточной мембраны
Кольцевая ДНК – генетический аппарат ДНК в хромосомах
Нет хромосомных белков - гистонов Есть гистоны и негистоны
Нет клеточного центра Есть клеточный центр
Клеточная оболочка клетки – муреиновый мешок. Клеточная стенка: у растений – из целлюлозы, у грибов- хитина,  у животных ее нет.

 

Эукариотические клетки произошли от предка, имевшего прокариотическое строение.

Наиболее популярна в настоящее время симбиотическая гипотеза происхождения эукариотических клеток, согласно которой основой в эволюции клетки эукариотическго типа послужил анаэробный прокариот, способный лишь к амебовидному движению. Митохондрии и жгутики произошли путем изменений проникших в клетку-хозяина симбионтов — аэробных прокариотов и бактерий. Хлоропласты клеток зеленых растений возникли из симбионтов — прокариотических клеток сине-зеленых водорослей.

Особое значение имело приобретение клеткой в процессе эволюции жгутиков с банальными тельцами, близкими к центриолям.

Трудным является вопрос о происхождении ядра. Предполагают, что оно также могло образоваться из симбионта- прокариота. Происхождение внутриплазматических мембран шероховатой и гладкой цитоплазматической сети, пластинчатого комплекса объясняют эволюционными преобразованиями наружной мембраны ядерной оболочки. Симбиотическая гипотеза не объясняет ряд фактов. Так, белок бациллин, из которого состоят реснички и жгутики современных прокариот, отличен от белка тубулина эукариот. У бактерий не обнаружено структур с типичным для жгутиков, ресничек, базальных телец или центриолей эукариотической клетки составом микротрубочек «9 + 2» или «9 + 0».

 

Согласно инвагинационной гипотезе, предковый формой был аэробный прокариот. Он содержал несколько геномов, первоначально прикреплявшихся к клеточной оболочке. Органеллы, имеющие ДНК, а также ядро, возникли путем впячивания и отшнуровки участков с последующей функциональной специализацией в ядро, митохондрии, хлоропласты. В процессе дальнейшей эволюции произошло усложнение ядерного генома, появилась система цитоплазматических мембран.

Эта гипотеза удовлетворительно объясняет наличие двух мембран в оболочке ядра, митохондрий и хлоропластов. Однако она не может ответить на вопрос, почему биосинтез белка в хлоропластах и митохондриях в деталях соответствуют таковому в современных прокариотических клетках, но отличается от биосинтеза белка в цитоплазме.

Симбиотическая и инвагинационная гипотезы не исчерпывают все точки зрения на происхождение эукариотического типа клеточной организации.

 

Клеточная оболочка, её структуры. Молекулярная организация и функции биологической мембраны. Виды транспорта веществ.

Клетки многоклеточных организмов, как животных, так и растительных, обособленны от своего окружения оболочкой. 

Оболочки в растительных клетках состоят из клетчатки или пектина.

Клеточная оболочка, или плазмалемма, животных клеток образованна мембраной, покрытой снаружи слоем гликокаликса толщиной 10-20 нм.

Основными составляющими гликокаликса служат комплексы полисахаридов с белками (гликопротеины) и жирами (гликолипиды). Изнутри к мембране примыкает кортикальный слой цитоплазмы (0,1-0,5 мкм), в котором не встречаются рибосомы и пузырьки, но в значительном количестве находятся микротрубочки и микрофиламенты, имеющие в своем составе сократимые белки.

Плазмалемма выполняет отграничивающую, барьерную, транспортную и рецепторную функцию, регулирует химический состав внутренней среды клетки, в ней расположены молекулы рецепторов, которые избирательно распознают определенные биологически активные в-ва (гормоны).

Биологическая мембрана- тонкие пограничные структуры молекулярных размеров, расположенные на поверхности клеток и субклеточных частиц, а также канальцев и пузырьков. Особенности мембраны: она плотная, тонкая, пластичная, пронизана каналами и полярна (снаружи +, внутри -)

Мембрана состоит из бимолекулярного слоя липидов. Гидрофобные участки их молекул повернуты друг к другу, а гидрофильные – находятся на поверхности слоя.

Разнообразные белковые молекулы встроены в этот слой или размещены на его поверхности. Они выполняют ряд функций:

· Отграничивающую

· регуляции и обеспечения избирательной проницаемости веществ (транспорт ионов, сахаров, аминокислот, и других продуктов обмена веществ)

· образования поверхностей раздела между водной и неводной фазами с размещением на этих поверхностях ферментных коплексов.

Благодаря присутствию липидов (жировых в-в) мембраны образуют гидрофоюную внутриклеточную фазу как компартмент для химических реакций в неводной среде. Молекулярный состав мембран – набор соединений и ионов, размещающихся на поверхностях, различаются от структуры к структуре. Этим достигается функциональная специализация мембран клетки. Включение в мембрану клетки молекул рецепторов делает ее восприимчивой к биологически активным соединениям, например, гормонам, что способствует проявлению разности биоэлектрических потенциалов.

Виды транспорта веществ:

Пассивный транспорт- перенос веществ из области высокой концентрации в область низкой концентрации

  • прямая диффузия (транспорт h3O, газов, неполярных молекул через липидный слой)
  • облегченная диффузия через мембранные каналы транспорт с помощью каналообразующих белков

Активный транспорт – с затратой энергии против электрохимического градиента. Это происходит с помощью белков – переносчиков, а источник энергии молекулы АТФ

Виды активного транспорта:

studopedia.net

6.Происхождение, строение и функции клеточной оболочки.

История открытия клетки, клеточная теория. Клетка - основная структурная единица живого. Открытие ее (Гук,1665; Мальпиги; Грю, 1671) связано с изобретением светового микроскопа. Дальнейшие исследования Р. Вирхова, К. Бэра показали, что организмы начинают свое развитие из одной клетки, каждая клетка образуется путем деления материнской. Это нашло свое выражение в клеточной теории, основные поло­жения которой сформулированы французским ботаником Дютроше (1824), русским ботаником Горяниновым П.Ф.(1834) и немецкими исследователями Шлейденом и Шванном (1838-1839).

Современная клеточная теория включает следующие основные положения:

1 .Клетка - основная единица строения, развития и жизнедеятельности живых организмов.

2. Клетки растений и животных сходны по строению.

3. Клетки образуются в результате деления материнских кле­ток.

4. Клетки специализированы по функциям и образуют ткани.

5. Ткани формируют органы.

Более глубокие представления о строении клетки связаны с появлением фазово-контрастного, электронного, трансмиссионного и сканирующего микро­скопов, которые обеспечивают увеличение в сотни тысяч раз.

Строение клетки. Основными структурными частями клетки являются: оболочка, цитоплазма, ядро, вакуоль. Живая часть клетки (цитоплазма, ядро) называется протопла­стом.

Клеточная оболочка. Клетки растений окружены плотной оболочкой. На­личием ее они отличаются от клеток животных, хотя установлено, что и клетки животных покрыты оболочкой гликопротеидного вещества муцина (сахар и белок) - яйца морских ежей, амфибий, клетки, выстилающие желудочно-кишечный тракт, эпителий и др.

Клеточная оболочка защищает протопласт от неблагоприятных внешних воздействий и придает клетке определенную форму и прочность.

Клеточная оболочка состоит главным образом из полисахаридов - целлюло­зы 50%, гемицеллюлозы 30% и пектиновых веществ 20%.

Целлюлоза имеет фибриллярное строение. Глюкозные остатки в молекуле целлюлозы образуют цепи - мицеллы, которые объединяются в пучки. Мелкие пучки в крупные и т.д.

Чистая целлюлоза бесцветна, прочна и стойка против различного рода ме­ханических и физических воздействий. Промежутки между пучками мицелл заполнены пектиновыми веществами, способными при намачивании набухать. Пектиновые вещества заполняют и межклеточные пространства, склеивая клетки между со­бой. Часто на стенках клеток откладывается не целлюлоза, а гемицеллюлоза, вещество, стоящее ближе к крахмалу.

Утолщение клеточных оболочек происходит в основном за счет пропитыва­ния их особыми веществами, обеспечивающими дополнительную прочность и стойкость. Это лигнин, суберин, кутин. Лигнин - вещество, близкое к целлю­лозе, но углерода в нем относительно больше. Такое видоизменение - одревеснение.

Суберин и кутин по своей природе близки к жирам. Клеточные оболочки, пропитанные ими, не смачиваются водой и почти непроницаемы для воды и газов. Это уменьшает испарение с поверхности клеток. Кутикулой покрыва­ется только наружная поверхность клеточных оболочек (поверхность листа), поэтому клетки сохраняют свою жизнеспособность. Сквозное пропитывание этими веществами клеточной оболочки приводит к опробковению, что вызы­вает отмирание протопласта клетки.

Минерализация оболочек отмечена в небольшой степени у всех клеток. Обычно это бывают соли кальция или кремниевой кислоты. Кальций встреча­ется в виде углекислой или щавелевокислой извести. Углекислая известь мо­жет откладываться не только в оболочках, но на поверхности эпидермы, осаждаясь из выделений водных устьиц (в жгучих во­лосках крапивы вместе с кремнеземом).

Формирование и рост клеточной оболочки. Образовавшаяся в процессе деления клеток общая для них перегородка представляет собой тончайшую пленку из целлюлозы. В нее даже проникают части­цы цитоплазмы протопластов соседних клеток. Эта тонкая целлюлозная пленка называется первичной оболочкой, содержит около 5% целлюло­зы. Вначале первичная оболочка общая для двух соседних клеток. Затем она утолщается и разделяется, и каждая клетка получает свою первичную оболочку. Между ними возникает тончайший слой аморфного вещества - межклеточная или срединная пластинка. По физическим и химическим свойствам она имеет пектиновую природу. Она может разрушаться, и соседние клетки разъединяют­ся. По мере роста молодых клеток увеличивается и первичная оболочка, стано­вится толще.

Вначале, у очень молодых клеток мицеллярные тяжи образуют трехмерную сетку. Она легко растягивается. По мере роста клетки, оболочка растягивается, к уже имеющимся пучкам мицелл присоединяются новые. Сетка становится более плотной и тесной. Общая толщина ее растет. Пластичность оболочки снижается, и закрепляется определенный размер и форма клетки. После­дующее утолщение клеточной оболочки называется вторичным, а наслаи­вающаяся оболочка называется вторичной оболочкой. Такова схематично сложная морфологическая структура клеточной оболочки. Сложность эта усу­губляется еще тем, что вторичное утолщение никогда не бывает сплошным, равномерным, а бывает самым разнообразным: кольчатым, спиральным, лесничным, сетчатым, точечным.

Кольчатые и спиральные утолщения представляют собой кольца или спира­ли круглого сечения, расположенные внутри клетки, имеющей форму цилин­дрической трубки. Они соединены с внутренней поверхностью первичной оболочки лишь узкой спайкой, не препятствуют удлинению клеток, росту их в длину.

Утолщения могут быть в виде сетки на внутренней поверхности клеточной оболочки, и в виде ступенек, вдающихся внутрь клетки, и почти сплошное. В последнем случае остаются не утолщенными лишь узкие пространства округ­лой или щелевидной формы.

В первичной оболочке имеются не утолщенные места - поры. В связи с раз­личным характером утолщений, форма и конструкция пор может быть самой разнообразной:

Простые поры - у них стенки канала, образуемого вторичной оболочкой, опускаются к первичной оболочке ровно, отвесно.

Полуокаймленные - вторичная оболочка с одной стороны.

Окаймленные поры - вторичная оболочка как бы нависает над не утолщен­ным местом так, что канал во вторичной оболочке приобретает форму воронки, приставленной раструбом к первичной оболочке. Пленка первичной оболочки, разгораживающая в поре два встречных канала, может иметь утол­щение в виде диска или линзы, которое называется торусом.

Очертания как простой, так и окаймленной поры не всегда округлое, оно может быть вытянутым, эллиптическим. Первичная оболочка в области пор пронизана тончайшими отверстиями-перфорациями, через которые проходят тяжи цитоплазмы-плазмодесмы, соединяющие клетки и обеспечивающие жизнедеятельность растения как целостного организма.

Видоизменения клеточной оболочки:

  • одревеснение – инкрустация лигнином;

  • опробковение – инкрустация суберином;

  • кутинизация – образование слоя кутина на внешней поверхности оболочки;

  • минерализация – пропитывание солями кальция или кремния.

Ослизнение клеточных оболочек. Может быть нормальное (биологическое), полезное для растений и патологическое (болезненное), вызываемое бактерия­ми.

Нормальное ослизнение целлюлозных оболочек поверхностного слоя клеток семян льна, айвы, тыквы, некоторых видов ромашки способствует закрепле­нию семян в почве, создается лучший контакт с ней и лучшие условия произрастания.

В патологических случаях могут ослизняться стенки не только поверхност­ных, но и глубинных клеток. Этот процесс вызывается специальными бакте­риями, является болезнью растений и называется гуммозом. Часто поражает плодовые деревья, особенно вишни, сливы. Из коры дерева вытекает слизь, вишневый клей. Гуммоз развивается медленно и в конечном счете приводит к гибели дерева.

studfile.net


Смотрите также