Строение и функции оболочки клетки

Строение и  функции оболочки клетки

Клетка любого организма, представляет собой целостную  живую систему. Она состоит из трех неразрывно связанных между  собой частей: оболочки, цитоплазмы и ядра. Оболочка клетка осуществляет непосредственное взаимодействие с  внешней средой и взаимодействие с соседними клетками (в многоклеточных организмах).

Оболочка клеток. Оболочка клеток имеет сложное строение. Она состоит из наружного слоя и расположенной под ним плазматической мембраны. Клетки животных и растений различаются по строению их наружного  слоя. У растений, а также у  бактерий, сине-зеленых водорослей и грибов на поверхности клеток расположена  плотная оболочка, или клеточная  стенка. У большинства растений она  состоит из клетчатки. Клеточная  стенка играет исключительно важную роль: она представляет собой внешний  каркас, защитную оболочку, обеспечивает тургор растительных клеток: через  клеточную стенку проходит вода, соли, молекулы многих органических веществ.

Наружный слой поверхности клеток животных в отличие  от клеточных стенок растений очень  тонкий, эластичный. Он не виден в  световой микроскоп и состоит  из разнообразных полисахаридов  и белков. Поверхностный слой животных клеток получил название гликокаликс.

Гликокаликс выполняет  прежде всего функцию непосредственной связи клеток животных с внешней  средой, со всеми окружающими ее веществами. Имея незначительную толщину (меньше 1 мкм), наружный слой клетки животных не выполняет опорной роли, какая  свойственна клеточным стенкам  растений. Образование гликокаликса, так же как и клеточных стенок растений, происходит благодаря жизнедеятельности  самих клеток.

Плазматическая  мембрана. Под гликокаликсом и  клеточной стенкой растений расположена  плазматическая мембрана (лат. "мембрана"-кожица, пленка), граничащая непосредственно  с цитоплазмой. Толщина плазматической мембраны около 10 нм, изучение ее строения и функций возможно только с помощью  электронного микроскопа.

В состав плазматической мембраны входят белки и липиды. Они упорядочено расположены  и соединены друг с другом химическими  взаимодействиями. По современным представлениям молекулы липидов в плазматической мембране расположены в два ряда и образуют сплошной слой. Молекулы белков не образуют сплошного слоя, они располагаются в слое липидов, погружаясь в него на разную глубину.

Молекулы белка  и липидов подвижны, что обеспечивает динамичность плазматической мембраны.

Плазматическая  мембрана выполняет много важных функций, от которых завидят жизнедеятельность  клеток. Одна из таких функций заключается  в том, что она образует барьер, отграничивающий внутреннее содержимое клетки от внешней среды. Но между  клетками и внешней средой постоянно  происходит обмен веществ. Из внешней  среды в клетку поступает вода, разнообразные соли в форме отдельных  ионов, неорганические и органические молекулы. Они проникают в клетку через очень тонкие каналы плазматической мембраны. Во внешнюю среду выводятся  продукты, образованные в клетке. Транспорт  веществ- одна из главных функций  плазматической мембраны. Через плазматическую мембрану из клети выводятся продукты обмена, а также вещества, синтезированные  в клетке. К числу их относятся  разнообразные белки, углеводы, гормоны, которые вырабатываются в клетках различных желез и выводятся во внеклеточную среду в форме мелких капель.

Клетки, образующие у многоклеточных животных разнообразные  ткани ( эпителиальную, мышечную и др.), соединяются друг с другом плазматической мембраной. В местах соединения двух клеток мембрана каждой из них может  образовывать складки или выросты, которые придают соединениям  особую прочность.

Соединение клеток растений обеспечивается путем образования  тонких каналов, которые заполнены  цитоплазмой и ограничены плазматической мембраной. По таким каналам, проходящим через клеточные оболочки, из одной  клетки в другую поступают питательные  вещества, ионы, углеводы и другие соединения.

На поверхности  многих клеток животных, например различных  эпителиев, находятся очень мелкие тонкие выросты цитоплазмы, покрытые плазматической мембраной, - микроворсинки. Наибольшее количество микроворсинок  находится на поверхности клеток кишечника, где происходит интенсивное  переваривание и всасывание переваренной пищи.

Фагоцитоз. Крупные  молекулы органических веществ, например белков и полисахаридов, частицы  пищи, бактерии поступают в клетку путем фагоцита (греч. "фагео" - пожирать). В фагоците непосредственное участие принимает плазматическая мембрана. В том месте, где поверхность  клетки соприкасается с частицей какого-либо плотного вещества, мембрана прогибается, образует углубление и  окружает частицу, которая в "мембранной упаковке" погружается внутрь клетки. Образуется пищеварительная вакуоль  и в ней перевариваются поступившие  в клетку органические вещества.

Цитоплазма.

Отграниченная от внешней среды плазматической мембраной, цитоплазма представляет собой  внутреннюю полужидкую среду клеток. В цитоплазму эукариотических клеток располагаются ядро и различные  органоиды. Ядро располагается в  центральной части цитоплазмы. В  ней сосредоточены и разнообразные  включения - продукты клеточной деятельности, вакуоли, а также мельчайшие трубочки и нити, образующие скелет клетки. В  составе основного вещества цитоплазмы преобладают белки. В цитоплазме протекают основные процессы обмена веществ, она объединяет в одно целое  ядро и все органоиды, обеспечивает их взаимодействие, деятельность клетки как единой целостной живой системы.

Эндоплазматическая  сеть. Вся внутренняя зона цитоплазмы заполнена многочисленными мелкими  каналами и полостями, стенки которых  представляют собой мембраны, сходные  по своей структуре с плазматической мембраной. Эти каналы ветвятся, соединяются  друг с другом и образуют сеть, получившую название эндоплазматической сети.

Эндоплазматическая  сеть неоднородна по своему строению. Известны два ее типа - гранулярная  и гладкая. На мембранах каналов  и полостей гранулярной сети располагается  множество мелких округлых телец - рибосом, которые придают мембранам шероховатый  вид. Мембраны гладкой эндоплазматической сети не несут рибосом на своей  поверхности.

Эндоплазматическая  сеть выполняет много разнообразных  функций. Основная функция гранулярной  эндоплазматической сети - участие  в синтезе белка, который осуществляется в рибосомах.

На мембранах  гладкой эндоплазматической сети происходит синтез липидов и углеводов. Все  эти продукты синтеза накапливаются  н каналах и полостях, а затем  транспортируются к различным органоидам клетки, где потребляются или накапливаются  в цитоплазме в качестве клеточных  включений. Эндоплазматическая сеть связывает  между собой основные органоиды  клетки.

Рибосомы.

Рибосомы обнаружены в клетках всех организмов. Это  микроскопические тельца округлой формы  диаметром 15-20 нм. Каждая рибосома состоит  из двух неодинаковых по размерам частиц, малой и большой.

В одной клетке содержится много тысяч рибосом, они располагаются либо на мембранах  гранулярной эндоплазматической сети, либо свободно лежат в цитоплазме. В состав рибосом входят белки  и РНК. Функция рибосом - это синтез белка. Синтез белка - сложный процесс, который осуществляется не одной  рибосомой, а целой группой, включающей до нескольких десятков объединенных рибосом. Такую группу рибосом называют полисомой. Синтезированные белки  сначала накапливаются в каналах  и полостях эндоплазматической сети, а затем транспортируются к органоидам и участкам клетки, где они потребляютя. Эндоплазматическая сеть и рибосомы, расположенные на ее мембранах, представляют собой единый аппарат биосинтеза и транспортировки белков.

Митохондрии. В  цитоплазме большинства клеток животных и растений содержатся мелкие тельца (0,2-7 мкм) - митохондрии (греч. "митос" - нить, "хондрион" - зерно, гранула).

Митохондрии хорошо видны в световой микроскоп, с  помощью которого можно рассмотреть  их форму, расположение, сосчитать количество. Внутреннее строение митохондрий изучено  с помощью электронного микроскопа. Оболочка митохондрии состоит из двух мембран - наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, она не образует никаких складок и выростов. Внутренняя мембрана, напротив, образует многочисленные складки, которые направлены в полость  митохондрии. Складки внутренней мембраны называют кристами (лат. "криста" - гребень, вырост) Число крист неодинаково  в митохондриях разных клеток. Их может  быть от нескольких десятков до нескольких сотен, причем особенно много крист  в митохондриях активно функционирующих  клеток, например мышечных.

Митохондрии называют "силовыми станциями" клеток" так  как их основная функция - синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Эта кислота синтезируется  в митохондриях клеток всех организмов и представляет собой универсальный  источник энергии, необходимый для  осуществления процессов жизнедеятельности  клетки и целого организма.

Новые митохондрии  образуются делением уже существующих в клетке митохондрий.

Пластиды.

В цитоплазме клеток всех растений находятся пластиды. В клетках животных пластиды отсутствуют. Различают три основных типа пластид: зеленые - хлоропласты; красные, оранжевые  и желтые - хромопласты; бесцветные - лейкопласты.

Хлоропласт. Эти  органоиды содержатся в клетках  листьев и других зеленых органов  растений, а также у разнообразных  водорослей. Размеры хлоропластов 4-6 мкм, наиболее часто они имеют  овальную форму. У высших растений в  одной клетке обычно бывает несколько  десятков хлоропластов. Зеленый цвет хлоропластов зависит от содержания в них пигмента хлорофилла. Xлоропласт - основной органоид клеток растений, в  котором происходит фотосинтез, т. е. образование органических веществ (углеводов) из неорганических (СО2 и  Н2О) при использовании энергии  солнечного света.

По строению хлоропласты сходны с митохондриями. От цитоплазмы хлоропласт отграничен двумя мембранами - наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, без складок  и выростов, а внутренняя образует много складчатых выростов, направленных внутрь хлоропласта. Поэтому внутри хлоропласта сосредоточено большое  количество мембран, образующих особые структуры - граны. Они сложены наподобие  стопки монет.

В мембранах  гран располагаются молекулы хлорофилла, потому именно здесь происходит фотосинтез. В хлоропластах синтезируется и  АТФ. Между внутренними мембранами хлоропласта содержатся ДНК, РНК. и  рибосомы. Следовательно, в хлоропластах, так же как и в митохондриях, происходит синтез белка, необходимого для деятельности этих органоидов. Хлоропласты размножаются делением.

Хромопласты находятся  в цитоплазме клеток разных частей растений: в цветках, плодах, стеблях, листьях. Присутствием хромопластов объясняется  желтая, оранжевая и красная окраска  венчиков цветков, плодов, осенних листьев.

Лейкопласты. находятся  в цитоплазме клеток неокрашенных частей растений, например в стеблях, корнях, клубнях. Форма лейкопластов разнообразна.

Хлоропласты, хромопласты  и лейкопласты способны клетка взаимному  переходу. Так при созревании плодов или изменении окраски листьев  осенью хлоропласты превращаются в  хромопласты, а лейкопласты могут  превращаться в хлоропласты, например, при позеленении клубней картофеля.

Аппарат Гольджи. Во многих клетках животных, например в нервных, он имеет форму сложной  сети, расположенной вокруг ядра. В  клетках растений и простейших аппарат  Гольджи представлен отдельными тельцами серповидной или палочковидной  формы. Строение этого органоида  сходно в клетках растительных и  животных организмов, несмотря на разнообразие его формы.

состав аппарата Гольджи входят: полости, ограниченные мембранами и расположенные группами (по 5-10); крупные и мелкие пузырьки, расположенные на концах полостей . Все эти элементы составляют единый комплекс.

Аппарат Гольджи  выполняет много важных функций. По каналам эндоплазматической сети к нему транспортируются продукты синтетической  деятельности клетки - белки, углеводы и жиры. Все эти вещества сначала  накапливаются, а затем в виде крупных и мелких пузырьков поступают  в цитоплазму и либо используются в самой клетке в процессе ее жизнедеятельности, либо выводятся из нее и используются в организме. Например, в клетках  поджелудочной железы млекопитающих  синтезируются пищеварительные  ферменты, которые накапливаются  в полостях органоида. Затем образуются пузырьки, наполненные ферментами. Они выводятся из клеток в проток поджелудочной железы, откуда перетекают в полость кишечника. Еще одна важная функция этого органоида  заключается в том, что на его  мембранах происходит синтез жиров и углеводов (полисахаридов), которые используются в клетке и которые входят в состав мембран. Благодаря деятельности аппарата Гольджи происходят обновление и рост плазматической мембраны.