Строение эукариотической и прокариотической клеток

План. Введение. . Строение эукариотической клетки. 5 2. Прокариотическая клетка. 18 Заключение. 21 Список литературы. 22 Введение. Все живые существа состоят из кл еток - маленьких , окруженных мембраной полостей , заполненных концентрированным водным раствором химических веществ . Простейшие формы жизни - это одиночные клетки , размножающиеся делением . Более высокоразвитые организмы , такие как мы сами , можно сравнить с клеточными городами , в которых специализированные функции осуществляют группы клеток , в свою очередь связанные между собой сложными системами коммуникаций . В известном смысле клетки находятся на полпути между молекулами и человеком . Мы изучаем клетки , что б ы понять , каково их молекулярное строение , с одной стороны , и чтобы выяснить , как они взаимодействуют для образования столь сложного организма , как человек - с другой. Считается , что все организмы и все составляющие их клетки произошли эволюционным путем о т общей преДНКовой клетки . Два основных процесса эволюции - это : 1. случайные изменения генетической информации , передаваемой от организма к его потомкам ; 2. отбор генетической информации , способствующей выживанию и размножению своих носителей Прокариот ические и эукариотические клетки (Т.А . Козлова , В.С . Кучменко . Биология в таблицах . М .,2000). . Эволюционная теория является центральным принципом биологии , позволяющим нам осмыслить ошеломляющее разнообразие живого мира. Естественно , в эволюционном подх оде есть свои опасности : большие пробелы в наших знаниях мы заполняем рассуждениями , детали которых могут быть ошибочными . е в наших силах вернуться в прошлое и стать свидетелями уникальных молекулярных событий , происходивших миллиарды лет назад . Однако , э ти древние события оставили много следов , которые мы можем анализировать . ПреДНКовые растения , животные и даже бактерии сохранились как ископаемые. Но , что еще более важно , каждый современный организм содержит информацию о признаках живых организмов в про шлом . В частности , существующие ныне биологические молекулы позволяют судить об эволюционном пути , демонстрируя фундаментальное сходство между наиболее далекими живыми организмами и клетками и выявляя некоторые различия между ними. 1. Ст роение эукариотической клетки. Клетки , образующие ткани животных и растений , значительно различаются по форме , размерам и внутреннему строению . Однако все они обнаруживают сходство в главных чертах процессов жизнедеятельности , обмена веществ , в раздражимости , росте , развитии , способности к изменчивости . Клетки всех типов содержат два основных компонента , тесно связанных между собой , — цитоплазму и ядро . Ядро отделено от цитоплазмы пористой мембраной и содержит ядерный сок , хроматин и ядрышко. Полужидкая цитоплазма заполняет всю клетку и пронизана многочисленными канальцами . Снаружи она покрыта цитоплазматической мембраной . В ней имеются специализированные структуры-органоиды, присутствующие в клетке постоянно , и временные образования — включени я . Мембранные органоиды : наружная цитоплазматическая мембрана (HЦ M), эндоплазматическая сеть (ЭПС ), аппарат Гольджи , лизосомы , митохондрии и пластиды . В основе строения всех мембранных органоидов лежит биологическая мембрана . Все мембраны имеют принципиаль но единый план строения и состоят из двойного слоя фосфолипидов , в который с различных сторон ива разную глубину погружены белковые молекулы . Мембраны органоидов отличаются друг от друга лишь наборами входящих в них белков . Схема строения эукариотической клетки . А — кле тка животного происхождения ; Б - растительная клетка : / - ядро с хроматином и ядрышком , 2 - цитоплазматическая мембрана , 3- клеточная стенка , 4 - поры в клеточной стенке , через которые сообщается цитоплазма соседних клеток , 5 - шероховатая эндоплазматическ ая сеть , б - гладкая эндоплазматическая сеть , 7 - пиноцитозная вакуоль , 8 - аппарат (комплекс ) Гольджи , 9 - лизосома , 10 - жировые включения в каналах гладкой эндоплазматической сети , 11 - клеточный центр , 12 - митохондрия , 13 - свободные рибосомы и полири босомы , 14 — вакуоль , 15 — хлоропласт Прокариотические и эукариотические клетки (Т.А . Козлова , В.С . Кучменко . Биология в таблицах . М .,2000). . Цитоплазматическая мембрана. У всех клеток растений , многоклеточных животных , у простейших и бактерий клето чная мембрана трехслойна : наружный и внутренний слои состоят из молекул белков , средний — из молекул липидов . Она ограничивает цитоплазму от внешней среды , окружает все органоиды клетки и представляет собой универсальную биологическую структуру . В некотор ы х клетках наружная оболочка образована несколькими мембранами , плотно прилегающими друг к другу . В таких случаях клеточная оболочка становится плотной и упругой и позволяет сохранить форму клетки , как , например , у эвглены и инфузории туфельки . У большинст в а растительных клеток , помимо мембраны , снаружи имеется еще толстая целлюлозная оболочка — клеточная стенка . Она хорошо различима в обычном световом микроскопе и выполняет опорную функцию за счет жесткого наружного слоя , придающего клеткам четкую форму. На поверхности клеток мембрана образует удлиненные выросты — микроворсинки , складки , впячивания и выпячивания , что во много раз увеличивает всасывающую или выделительную поверхность . С помощью мембранных выростов клетки соединяются друг с другом в тканях и о рганах многоклеточных организмов , на складках мембран располагаются разнообразные ферменты , участвующие в обмене веществ . Отграничивая клетку от окружающей среды , мембрана регулирует направление диффузии веществ и одновременно осуществляет активный перено с их внутрь клетки (накопление ) или наружу (выделение ). За счет этих свойств мембраны концентрация ионов калия , кальция , магния , фосфора в цитоплазме выше , а концентрация натрия и хлора ниже , чем в окружающей среде . Через поры наружной мембраны из внешней с реды внутрь клетки проникают ионы , вода и мелкие молекулы других веществ . Проникновение в клетку относительно крупных твердых частиц осуществляется путем фагоцитоза (от греч . “фаго” — пожираю , “питое” — клетка ) Грин Н ., Стаут У ., Тейлор Д ., Биология 3 то ма , М , "Мир ", 1990г . . При этом наружная мембрана в месте контакта с частицей прогибается внутрь клетки , увлекая частицу в глубь цитоплазмы , где она подвергается ферментативному расщеплению . Аналогичным путем в клетку попадают и капли жидких веществ ; их поглощение называется пиноцитозом (от греч . “пино” — пью , “цитос” — клетка ). Наружная клеточная мембрана выполняет и другие важные биологические функции. Цитоплазма на 85 % состоит из воды , на 10 % — из белков , остальной объем приходится на долю липидов, углеводов , нуклеиновых кислот и минеральных соединений ; все эти вещества образуют коллоидный раствор , близкий по консистенции глицерину . Коллоидное вещество клетки в зависимости от ее физиологического состояния и характера воздействия внешней среды имеет свойства и жидкости , и упругого , более плотного тела . Цитоплазма пронизана каналами различной формы и величины , которые получили название эндоплазматической сети. Их стенки представляют собой мембраны , тесно контактирующие со всеми органоидами клетки и сос тавляющие вместе с ними единую функционально-структурную систему для осуществления обмена веществ и энергии и перемещения веществ внутри клетки. В стенках канальцев располагаются мельчайшие зернышки— гранулы , называемые рибосомами. Такая сеть канальцев назы вается гранулярной . Рибосомы могут располагаться на поверхности канальцев разрозненно или образуют комплексы из пяти-семи и более рибосом , называемые полисомами. Другие канальцы гранул не содержат , они составляют гладкую эндоплазматическую сеть . На стенках располагаются ферменты , участвующие в синтезе жиров и углеводов. Внутренняя полость канальцев заполнена продуктами жизнедеятельности клетки . Внутриклеточные канальцы , образуя сложную ветвящуюся систему , регулируют перемещение и концентрацию веществ , разде ляют различные молекулы органических веществ и этапы их , синтеза . На внутренней и внешней поверхности мембран , богатых ферментами , осуществляется синтез белков , жиров и углеводов , которые либо используются в обмене веществ , либо накапливаются в цитоплазме в качестве включений , либо выводятся наружу. Рибосомы встречаются во всех типах клеток — от бактерий до клеток многоклеточных организмов . Это округлые тельца , состоящие из рибонуклеиновой кислоты (РНК ) и белков почти в равном соотношении . В их состав непре менно входит магний , присутствие которого поддерживает структуру рибосом . Рибосомы могут быть связаны с мембранами эндоплазматической сети , с наружной клеточной мембраной или свободно лежать в цитоплазме . В них осуществляется синтез белков . Рибосомы кроме цитоплазмы встречаются в ядре клетки . Они образуются в ядрышке и затем поступают в цитоплазму. Комплекс Гольджи в растительных клетках имеет вид отдельных телец , окруженных мембранами . В животных клетках этот органоид представлен цистернами , канальцами и п узырьками . В мембранные трубки комплекса Гольджи из канальцев эндоплазматической сети поступают продукты секреции клетки , где они химически перестраиваются , уплотняются , а затем переходят в цитоплазму и либо используются самой клеткой , либо выводятся из н е е . В цистернах комплекса Гольджи происходит синтез полисахаридов и их объединение с белками , в результате чего образуются гликопротеиды. Митохондрии — небольшие тельца палочковидной формы , ограниченные двумя мембранами . От внутренней мембраны митохондрии о тходят многочисленные складки — кристы , на их стенках располагаются разнообразные ферменты , с помощью которых осуществляется синтез высокоэнергетического вещества — аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ ) Гилберт С . Биология развития 3 томам ., "Мир ", 1993г. . В зависимости от активности клетки и внешних воздействий митохондрии могут перемещаться , изменять свои размеры , форму . В митохондриях найдены рибосомы , фосфолипиды , РНК и ДНК . С присутствием ДНК в митохондриях связывают способность этих органоидов к разм н ожению путем образования перетяжки или почкованием в период деления клетки , а также синтез части митохондриальных белков. Лизосомы - мелкие овальные образования , ограниченные мембраной и рассеянные по всей цитоплазме . Встречаются во всех клетках животных и растений . Они возникают в расширениях эндоплазматической сети и в комплексе Гольджи , здесь заполняются гидролитическими ферментами , а затем обособляются и поступают в цитоплазму . В обычных " условиях лизосомы переваривают частицы , попадающие в клетку путе м фагоцитоза , и органоиды отмирающих клеток . Продукты лизиса выводятся через мембрану лизосомы в цитоплазму , где они включаются в состав новых молекул . При разрыве лизоеомной мембраны ферменты поступают в цитоплазму и переваривают ее содержимое , вызывая ги б ель клетки. Пластиды есть только в растительных клетках и встречаются , у большинства зеленых растений . В пластидах синтезируются и накапливаются органические вещества . Различают пластиды трех видов : хлоропласты , хромопласты и лейкопласты. Хлоропласты — зел еные пластиды , содержащие зеленый пигмент хлорофилл . Они находятся в листьях , молодых стеблях , незрелых плодах . Хлоропласты окружены двойной мембраной . У высших растений внутренняя часть хлоропластов заполнена полужидким веществом , в котором параллельно д р уг другу уложены пластинки . Парные мембраны пластинок , сливаясь , образуют стопки , содержащие хлорофилл . В каждой стопке хлоропластов высших растений чередуются слои молекул белка и молекул липидов , а между ними располагаются молекулы хлорофилла . Такая сло и стая структура обеспечивает максимум свободных поверхностей и облегчает захват и перенос энергии в процессе фотосинтеза. Хромопласты — пластиды , в которых содержатся растительные пигменты (красный или бурый , желтый , оранжевый ). Они сосредоточены в цитоплаз ме клеток цветков , стеблей , плодов , листьев растений и придают им соответствующую окраску . Хромопласты образуются из лейкопластов или хлоропластов в результате накопления пигментов каротиноидов Прокариотические и эукариотические клетки (Т.А . Козлова , В.С . Кучменко . Биология в таблицах . М .,2000). . Лейкопласты— бесцветные пластиды , располагающиеся в неокрашенных частях растений : в стеблях , корнях , луковицах и др . В лейкопластах одних клеток накапливаются зерна крахмала , в лейкопластах других клеток — масла , белки. Все пластиды возникают из своих предшественников — пропластид . В них выявлена ДНК , которая контролирует размножение этих органоидов. Клеточный центр, или центросома , играет важную роль при делении , клетки и состоит из двух центриолей . Он встречает ся у всех клеток животных и растений , кроме цветковых , низших грибов и некоторых , простейших . Центриоли в делящихся клетках принимают участие в формировании веретена деления и располагаются на его полюсах . В делящейся клетке первым делится клеточный центр, одновременно образуется ахроматиновое веретено , ориентирующее хромосомы при расхождении их к полюсам . В дочерние клетки отходит по одной центриоле. У многих растительных и животных клеток имеются органоиды специального назначения : реснички, выполняющие фу нкцию движения (инфузории , клетки дыхательных путей ), жгутики (простейшие одноклеточные , мужские половые клетки у животных и растений и др .). Включения - временные элемеаты , возникающие в клетке на определенной стадии ее жизнедеятельности в результате син тетической функции . Они либо используются , либо выводятся из клетки . Включениями являются также запасные питательные вещества : в растительных клетках— крахмал , капельки жира , блки , эфирные масла , многие органические кислоты , соли органических и неорганичес к их кислот ; в животных клетках - гликоген (в клетках печени и мышцах ), капли жира (в подкожной клетчатке ); Некоторые включения накапливаются в клетках как отбросы — в виде кристаллов , пигментов и др. Вакуоли — это полости , ограниченные мембраной ; хорошо выр ажены в клетках растений и имеются у простейших . Возникают в разных участках расширений эндоплазматической сети . И постепенно отделяются от нее . Вакуоли поддерживают тургорное давление , в них сосредоточен клеточный или вакуолярный сок , молекулы которого о п ределяют его осмотическую концентрацию . Считается , что первоначальные продукты синтеза - растворимые углеводы , белки , пектины и др . — накапливаются в цистернах эндоплазматической сети . Эти скопления и представляют собой зачатки будущих вакуолей. Цитоскелет . Одной из отличительных особенностей эукариотической клетки является развитие в ее цитоплазме скелетных образований в виде микротрубочек и пучков белковых волокон . Элементы цитоскелета тесно связаны с наружной цитоплазматической мембраной и ядерной оболоч кой , образуют сложные переплетения в цитоплазме . Опорные элемеиты цитоплазмы определяют форму клетки , обеспечивают движение внутриклеточных структур и перемещение всей клетки. Ядро клетки играет основную роль в ее жизнедеятельности , с его удалением клетка прекращает свои функции и гибнет . В большинстве животных клеток одно ядро , но встречаются и многоядерные клетки (печень и мышцы человека , грибы , инфузории , зеленые водоросли ). Эритроциты млекопитающих развиваются из клеток-предшественников , содержащих ядр о , но зрелые эритроциты утрачивают его и живут недолго . Ядро окружено двойной мембраной , пронизанной порами , посредством которых оно тесно связано с каналами эндоплазматической сети и цитоплазмой . Внутри ядра находится хроматин — спирализованные участки хр омосом . В период деления клетки они превращаются в палочковидные структуры , хорошо различимые в световой микроскоп . Хромосомы — это сложный комплекс белков с ДНК , называемый нуклеопротеидом Гилберт С . Биология развития 3 томам ., "Мир ", 1993г. . Функции я дра состоят в регуляции всех жизненных отправлений клетки , которую оно осуществляет при помощи ДНК и РНК-материальных носителей наследственной информации . В ходе подготовки к делению клетки ДНК удваивается , в процессе митоза хромосомы расходятся и передаю т ся дочерним клеткам , обеспечивая преемственность наследственной информации у каждого вида организмов. Кариоплазма — жидкая фаза ядра , в которой в растворенном виде находятся продукты жизнедеятельности ядерных структур. Ядрышко — обособленная , наиболее плот ная часть ядра . В состав ядрышка входят сложные белки и РНК , свободные или связанные фосфаты калия , магния , кальция , железа , цинка , а также рибосомы . Ядрышко исчезает перед началом деления клетки и вновь формируется в последней фазе деления. Таким образом , клетка обладает тонкой и весьма сложной организацией . Обширная сеть цитоплазматических мембран и мембранный принцип строения органоидов позволяют разграничить множество одновременно протекающих в клетке химических реакций . Каждое из внутриклеточных обра з ований имеет свою структуру и специфическую функцию , но только при их взаимодействии возможна гармоничная жизнедеятельность клетки. На основе такого взаимодействия вещества из окружающей среды поступают в клетку , а отработанные продукты выводятся из нее во внешнюю среду — так совершается обмен веществ . Совершенство структурной организации клетки могло возникнуть только в результате длительной биологической эволюции , в процессе которой выполняемые ею функции постепенно усложнялись. Простейшие одноклеточные ф ормы представляют собой и клетку , и организм со всеми его жизненными проявлениями . В многоклеточных организмах клетки образуют однородные группы — ткани . В свою очередь ткани формируют органы , системы , и их функции определяются общей жизнедеятельностью це л остного организма. 2. Прокариотическая клетка. Помимо организмов с типичной клеточной организацией эукариотические клетки ) существуют относительно простые , доядерные , или прокариотические , клетки — бактерии и синезеленые , у к оторых отсутствуют оформленное ядро , окруженное ядерной мембраной , и высокоспециализированные внутриклеточные органоиды . Особую форму организации живого представляют вирусы и бактериофаги (фаги ). Их строение крайне упрощено : они состоят из ДНК (либо РНК ) и белкового футляра . Свои функции обмена веществ и размножения вирусы и фаги осуществляют только внутри клеток другого организма : вирусы — внутри клеток растений и животных , фаги - в бактериальных клетках как паразиты на , генетическом уровне. К прокариотам относят бактерии и сине-зелёные водоросли (цианеи ) Гилберт С . Биология развития 3 томам ., "Мир ", 1993г. . Наследственный аппарат прокариот представлен одной кольцевой молекулой ДНК , не образующей связей с белками и содержащей по одной копии каждого гена — гаплоидные организмы . В цитоплазме имеется большое количество мелких рибосом ; отсутствуют или слабо выражены внутренние мембраны . Ферменты пластического обмена расположены диффузно . Аппарат Гольджи представлен отдельными пузырьками . Ферментные системы э нергетического обмена упорядоченно расположены на внутренней поверхности наружной цитоплазматической мембраны . Снаружи клетка окружена толстой клеточной стенкой . Многие прокариоты способны к спорообразованию в неблагоприятных условиях существования ; при э т ом выделяется небольшой участок цитоплазмы содержащий ДНК , и окружается толстой многослойной капсулой . Процессы метаболизма внутри споры практически прекращаются . Попадая в благоприятные условия , спора преобразуется в активную клеточную форму . Размножение прокариот происходит простым делением надвое. Средняя величина прокариотических клеток 5 мкм . У них нет никаких внутренних мембран , кроме впячиваний плазматической мембраны . Пласты отсутствуют . Вместо клеточного ядра имеется его эквивалент (нуклеоид ), лише нный оболочки и состоящий из одной-единственной молекулы ДНК . Кроме того бактерии могут содержать ДНК в форме крошечных плазмид , сходных с внеядерными ДНК эукариот . В прокариотических клетках , способных к фотосинтезу (сине-зеленые водоросли , зеленые и пурпурные бактерии ) имеются различно структурированные крупные впячивания мембраны – тилакоиды , по своей функции соответствующие пластидам эукариот . Эти же тилакоиды или – в бесцветных клетках – более мелкие впячивания мембраны (а иногда даже сама плазмат и ческая мембрана ) в функциональном отношении заменяют митохондрии . Другие , сложно дифференцированные впячивания мембраны называют мезасомами ; их функция не ясна . Только некоторые органеллы прокариотической клетки гомологичны соответствующим органеллам э укариот . Для прокариот характерно наличие муреинового мешка – механически прочного элемента клеточной стенки Прокариотические и эукариотические клетки (Т.А . Козлова , В.С . Кучменко . Биология в таблицах . М .,2000). . Заключение. Таким образом , можно провести сравнение представлений о эу кариотической и прокариотической клеткой. Признаки Прокариоты Эукариоты 1 ЯДЕРНАЯ МЕМБРАНА Отсутствует Имеется ПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ МЕМБРАНА Имеется Имеется МИТОХОНДРИИ Отсутствуют Имеются ЭПС Отсутствует Имеется РИБОСОМЫ Имеются Имеются ВАКУОЛИ Отсутствуют Имеются (особенно характерны для растений ) ЛИЗОСОМЫ Отсутствуют Имеются КЛЕТОЧНАЯ СТЕНКА Имеется , состоит из сложного гетерополимерного вещества Отсутствует в животных клетках , в растительных состоит из целлю лозы КАПСУЛА Если имеется , то состоит из соединений белка и сахара Отсутствует КОМПЛЕКС ГОЛЬДЖИ Отсутствует Имеется ДЕЛЕНИЕ Простое Митоз , амитоз , мейоз Список литературы. 1. Прокариотические и эукариотические клетки (Т.А . К озлова , В.С . Кучменко . Биология в таблицах . М .,2000). 2. Б.Албертс , Д.Брей , Дж.Льюис , М.Рэфф , К.Робертс , Дж.Уотсон . "Молекулярная биология клетки ", 2-е издание , "Мир ", 1994. 3. С.Бейкер . Камень преткновения.Верна ли теория эволюции ? – М ., «Протестант» , 199 2. 4. Гилберт С . Биология развития 3 томам ., "Мир ", 1993г. 5. Грин Н ., Стаут У ., Тейлор Д ., Биология 3 тома , М , "Мир ", 1990г . 6. Дубинин Н.П . Новое в современной генетики М , "Наука ", 1989г.