Онлайн урок: Клеточная теория

Современная клеточная теория

Все живые организмы: растения, животные, бактерии имеют клеточное строение.

Клетка — это элементарная живая система, основная структурная и функциональная единица растительных и животных организмов, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизводству.

Растительную клетку открыл английский ученый Роберт Гук в 1665 году, который также предложил этот термин.

Энтони Левенгук первым изучил под микроскопом и нарисовал сперматозоиды (1677), бактерии (1683), клетки крови — эритроциты и простейшие, такие как инфузорий башмак.

Луи Пастер — один из основоположников микробиологии и иммунологии; создал вакцину против сибирской язвы и вакцины против бешенства, положил конец спору о самозарождении некоторых живых существ в 1862 году и доказал его невозможность.

Цитология — это наука, изучающая строение клетки, ее жизнедеятельность и взаимодействие с окружающей средой

Клеточная теория — одно из величайших научных обобщений XIX века.

Эта теория была создана в 1838-1839 гг. Немецким ученым Т. Шванном на основе работ М. Шлейдена и Л. Окена, а в 1858 г была дополнена Р. Вирховым.

Р. Вирхов доказал, что все клетки происходят из других клеток, а не из межклеточного вещества, как считалось ранее.

Клеточная теория — это обобщенный взгляд на структуру и функции клеток как живых единиц, их воспроизводство и их роль в формировании многоклеточных организмов.

Основные положения клеточной теории:

1. Клетка — это единица строения, жизнедеятельности, роста и развития живых организмов; вне клетки нет жизни.
2. Клетка — это единая система, состоящая из множества естественным образом связанных между собой элементов, которые представляют собой некое целостное образование.
3. Клетки всех организмов схожи по химическому составу, строению и функциям, что свидетельствует о единстве живой природы.
4. Новые клетки образуются только в результате деления родительских клеток («ячейка за ячейкой»).
5. Клетки многоклеточных организмов образуют ткани, органы состоят из тканей. Жизнь организма в целом определяется взаимодействием составляющих его клеток.
6. Клетки многоклеточных организмов имеют полный набор генов, но они отличаются друг от друга тем, что имеют разные наборы генов, что приводит к морфологическому и функциональному разнообразию клеток — дифференцировке.

Основные компоненты прокариотической клетки

Основными компонентами прокариотической клетки являются:

• Клеточная стенка, которая окружает клетку снаружи, защищает ее, придает ей устойчивую форму, не допуская осмотического разрушения. У бактерий клеточная стенка состоит из муреина, который состоит из длинных цепочек полисахаридов, соединенных короткими пептидными мостиками. Клеточная стенка архей не содержит муреина, но в основном состоит из различных белков и полисахаридов.
• Жгутики — это органеллы движения некоторых бактерий. Жгутик бактерий намного проще по конструкции, чем эукариотический, и в 10 раз тоньше, снаружи не покрыт плазматической мембраной и состоит из идентичных белковых молекул, образующих цилиндр. В мембране жгутик фиксируется базальным телом.
• Плазма и внутренние мембраны. Общий принцип строения клеточных мембран не отличается от такового у эукариот, однако имеется много различий в химическом составе мембраны, в частности, отсутствуют молекулы холестерина и некоторые липиды, присущие мембранам эукариот, в мембранах эукариот прокариоты. Большинство прокариотических клеток (в отличие от эукариотических клеток) не имеют внутренних мембран, разделяющих цитоплазму на подразделения (компартменты). Только у некоторых фотосинтезирующих и аэробных бактерий плазмалемма образует внутри клетки искривление, которое выполняет соответствующие метаболические функции.
• Нуклеоид — это не ограниченная мембранами часть цитоплазмы, в которой находится кольцевая молекула ДНК, «бактериальная хромосома», в которой хранится весь генетический материал клетки.
• Плазмиды — это небольшие дополнительные кольцевые молекулы ДНК, которые обычно несут только несколько генов. Плазмиды, в отличие от бактериальной хромосомы, не являются важным компонентом клетки. Обычно они придают бактериям некоторые полезные для этого свойства, такие как устойчивость к антибиотикам, способность ассимилировать определенные энергетические субстраты из окружающей среды, способность инициировать половой процесс и т.д.
• Рибосомы прокариот, как и все другие живые организмы, отвечают за процесс трансляции (один из этапов биосинтеза белка). Однако бактериальные рибосомы немного меньше эукариотических рибосом и имеют другой состав белков и РНК. По этой причине бактерии, в отличие от эукариот, чувствительны к антибиотикам, таким как эритромицин и тетрациклин, которые избирательно нацелены на прокариотические рибосомы.
• Споры (эндоспоры) — это структуры, окруженные плотной мембраной, которые содержат бактериальную ДНК и обеспечивают выживание в неблагоприятных условиях. Только некоторые виды прокариотов способны образовывать споры, например, в частности, возбудитель столбняка, возбудитель ботулизма и возбудитель сибирской язвы. Чтобы сформировать эндоспору, клетка реплицирует свою ДНК и окружает копию плотной мембраной, из созданной структуры удаляется лишняя вода и в ней замедляется метаболизм. Споры бактерий могут выдерживать довольно суровые условия окружающей среды, такие как длительное высыхание, кипячение и коротковолновое излучение.

Сравнительная характеристика клеток эукариот и прокариот

Вы можете увидеть сравнение прокариотических и эукариотических признаков в таблице.

Подписать	Прокариоты	Эукариоты
Размер ячейки	Средний диаметр 0,5-10 мкм	Средний диаметр 10 — 100 мкм
Организация генетического материала
Форма, количество и расположение молекул ДНК	Обычно в цитоплазме располагается кольцевая молекула ДНК	Обычно в ядре располагается несколько линейных молекул ДНК — хромосом. В интерфазном ядре (вне деления) хромосомы представляют собой хроматин: ДНК уплотнена в комплексе с белками
Разделение
Тип дивизии	Простое двоичное деление. Веретено деления не образуется	Мейоз или митоз
Органеллы
Наличие мембранных органелл	Органеллы, окруженные мембранами, отсутствуют, иногда плазмалемма образует выступ внутри клетки	Существует большое количество одно- и двухмембранных органелл

Межклеточные контакты

У высших животных и растений клетки объединены в ткани и органы, в которых они взаимодействуют друг с другом, в частности, за счет прямых физических контактов. В тканях растений отдельные клетки соединяются между собой с помощью плазмодесм, а животные образуют различные типы клеточных контактов, в основном десмосомы.

Плазмодесмы растений — это тонкие цитоплазматические каналы, которые проходят через клеточные стенки соседних клеток, соединяя их друг с другом. Полость плазмодесм покрыта плазмалеммой. Совокупность всех клеток, объединенных плазмодесмией, называется упрощенной; между ними возможен регулируемый транспорт веществ.

Мембрана клетки

1. Барьер толщиной около 8 нм отделяет живую клетку от окружающей среды
2. Фосфолипиды и белки — основные макромолекулы в мембранах
3. Составляющие — амфипатические молекулы
4. Есть гидрофобные области и гидрофильные области
5. Селективно проницаемый, он позволяет одним веществам проходить легче, чем другим.

Ядро

Ядро клетки содержит молекулы ДНК, на которых записана генетическая информация организма. В ядре происходит репликация — удвоение молекул ДНК и транскрипция — синтез молекул РНК на матрице ДНК. В ядре синтезированные молекулы РНК претерпевают некоторые изменения (например, из молекул матричной РНК при сплайсинге исключаются незначительные и бессмысленные участки), после чего попадают в цитоплазму.

Сборка рибосом также происходит в ядре, в частности образования, называемого ядрышками. Основная оболочка состоит из двух мембран; сливается с сырым ЭПР. В некоторых местах внутренняя и внешняя мембраны ядерной оболочки сливаются и образуют так называемые ядерные поры, через которые происходит обмен материалом между ядром и цитоплазмой.

Рисунок 6. Ядро клетки.

Эндоплазматический ретикулум

В эукариотической клетке существует система мембранных компартментов (трубок и цистерн), которые переходят друг в друга, называемые эндоплазматическим ретикулумом (или эндоплазматическим ретикулумом, EPR или EPS). Та часть ЭПР, к мембранам которой прикреплены рибосомы, называется грубым (зернистым, грубым) эндоплазматическим ретикулумом, на его мембранах синтезируются белки. Те компартменты, на стенках которых отсутствуют рибосомы, называются гладкими ЭПР, которые участвуют в синтезе липидов. Внутренние пространства гладкого и зернистого ЭПР не изолированы, а сливаются друг с другом и сообщаются с просветом ядерной оболочки.

Рисунок 4. Эндоплазматическая сеть

Гранулированный гранулированный EPR

• В плоских конвертах
• Рибосомы на поверхности придают ей шероховатый вид
• Некоторые полипептидные цепи включены в грубую и модифицированную ЭПР
• Клетки, которые специализируются на секреции белка, имеют много грубых EPR

Гладкая EPR Гладкая

• Серия соединенных между собой канальцев
• На поверхности нет рибосом
• Липиды собираются внутри канальцев
• Ровный ЭПР печени инактивирует отходы, лекарства
• Саркоплазматический ретикулум мышц — это особая форма, в которой хранится кальций

Функции ЭПР

Гладкая EPR Гладкая

1. Синтезирует липиды
2. Метаболизировать углеводы
3. Детоксифицирует лекарства и яды
4. Накапливает ионы кальция

Гранулированный гранулированный EPR

1. Связанные рибосомы
2. Распределяет транспортные пузырьки, белки, окруженные мембранами
3. это мембранная установка для клетки
4. Аппарат Гольджи

Развитие знаний о клетке

Теория клетки способствовала пониманию того, что клетка — это мельчайшая единица жизни, имеющая все признаки живых существ (размножение, обмен веществ, дыхание и т.д.).

До изобретения микроскопа люди не знали о существовании клеток.

Устройство для изучения микромира, микроскоп было изобретено около 1590 года голландскими механиками Гансом и Закари Янсен.

На основе этого микроскопа Корнелиус Дреббель (1572-1634) создал составной микроскоп).

В 1665 году английский физик Роберт Гук (1635–1703) усовершенствовал микроскоп и технологию линз. Желая убедиться в улучшении качества изображения, он исследовал участки пробки, угля и участки живых растений ниже.

На срезах растений он обнаружил крошечные поры, похожие на соты, и назвал их клетками.

Во второй половине 17 века появились работы крупнейших микроскопистов Марчелло Мальпиги (1628–1694) и Неемии Грю (1641–1712), которые также открыли клеточное (клеточное) строение многих растений.

Энтони ван Левенгук независимо разработал конструкцию микроскопа, принципиально отличавшуюся от существующей, и улучшил технологию изготовления линз с большим увеличением, что позволило обнаруживать одноклеточных животных (инфузорий), а также бактерии и дрожжи.

Обнаруживается в ядрах клеток растений, хлоропластах, утолщениях клеточных стенок.

Описано и зарисовано прорастание гидр.

Гуго фон Молль различал живое вещество и водную жидкость (клеточный сок) в растительных клетках и обнаружил поры.

Английский ботаник Роберт Браун (1773–1858) обнаружил ядро ​​в клетках орхидей в 1831 году, затем оно было обнаружено во всех клетках растений.

Маттиас Шлейден (1804–1881) изучал развитие и дифференциацию различных клеточных структур высших растений, изучая ядра клеток луковичной чешуи округлых ядрышковых тел (1842).

В 1827 году русский эмбриолог Карл Баер открыл яйца человека и других млекопитающих и продемонстрировал образование многоклеточного животного организма из одной клетки, оплодотворенной яйцеклетки, а также сходство стадий эмбрионального развития многоклеточных животных, которые предположил единство их происхождения.

Все научные открытия, накопленные к середине XIX века, требовали обобщения, и в результате появилась клеточная теория.

В 1880 году Вальтер Флемминг описал хромосомы и процессы, происходящие во время митоза.

С 1903 года начала развиваться генетика.

Начиная с 1930-х годов, электронная микроскопия начала быстро развиваться, что позволило ученым изучать более тонкую структуру клеточных структур.

Двадцатый век стал веком расцвета биологии и таких наук, как цитология, генетика, эмбриология, биохимия и биофизика.

Без создания клеточной теории это развитие было бы невозможным.

Поверхностный комплекс клетки

Плазматическая мембрана также называется плазмалеммой, внешней клеточной мембраной. Это биологическая мембрана толщиной около 10 нанометров. Прежде всего, он выполняет функцию разграничения по отношению к окружающей среде вне клетки. Кроме того, он выполняет транспортную функцию.

Поверхностный аппарат клеток животных также включает гликокаликс. Гликокаликс — это молекула углевода, «заякоренная» в плазматической мембране. Гликокаликс выполняет рецепторные и маркерные функции.

Большинство грибов и растений имеют клеточную стенку, жесткую клеточную стенку, расположенную за пределами цитоплазматической мембраны и выполняющую структурные, защитные и транспортные функции.

Рисунок 3. Клеточная мембрана.

Аппарат Гольджи

Аппарат Гольджи представляет собой набор цистерн с плоской мембраной, несколько расширенных к краям. В цистернах аппарата Гольджи некоторые белки, синтезируемые на мембранах гранулярных RE, созревают и предназначены для секреции или образования лизосом. То есть это органоид, который включает в себя вещества и побочные продукты, синтезируемые в клетке для дальнейшей секреции или расщепления.

Рисунок 5. Аппарат Гольджи

Функции аппарата Гольджи

1. Редактировать сотовые продукты.
2. Он производит некоторые макромолекулы.
3. Рассортируйте и упакуйте материалы в транспортные флаконы.

Пузырьки

Маленькие, закрытые мембраной мешковидные пузырьки образуются во многих типах в большом количестве как по отдельности, так и в почках. Типов много, но основных два: лизосомы и пероксисомы.

Лизосомы

Лизосомы, происходящие из органов Гольджи, участвуют во внутриклеточном пищеварении. Они содержат мощные ферменты, способные расщеплять углеводы, белки, нуклеиновые кислоты и липиды. Везикулы в лейкоцитах или амебах предоставляют лизосомы для проглоченных бактерий, частей клеток и другого мусора. Ферменты лучше всего работают в кислой среде внутри лизосомы.

Лизосомы разрушают изношенные части клеток или молекул, чтобы их можно было использовать для создания новых клеточных структур. Некоторые типы клеток могут поглощать другие клетки посредством фагоцитоза; это образует пищевую вакуоль. Лизосома сливается с пищей, вакуолизирует и переваривает молекулы. Лизосомы также используют ферменты для переработки органелл и макромолекул клетки, этот процесс называется аутофагией.

Пероксисомы

У растений и животных везикулы, называемые пероксисомами, образуются и делятся сами по себе, поэтому они не являются частью эндомембранной системы.

Пероксисомы содержат ферменты, переваривающие жирные кислоты и аминокислоты. Они также расщепляют перекись водорода, токсичный побочный продукт метаболизма жирных кислот.

Ферменты пероксисомы превращают перекись водорода в воду и кислород или используют ее в реакциях, расщепляющих алкоголь и другие токсины.

Цитоскелет

Элементы цитоскелета включают белковые фибриллярные структуры, расположенные в цитоплазме клетки: микротрубочки, актин и промежуточные филаменты. Микротрубочки принимают участие в транспорте органелл, входят в состав жгутиков, а митотическое веретено деления состоит из микротрубочек. Нити актина необходимы для поддержания формы клеток, псевдоподиальных реакций. Роль промежуточных волокон также, по-видимому, заключается в поддержании клеточной структуры. Белки цитоскелета составляют несколько десятков процентов белковой массы клетки.

Вакуоль

Вакуоль представляет собой единый мембранный органоид, содержащийся в некоторых эукариотических клетках и выполняющий различные функции (секреция, выведение и хранение накапливающихся веществ, аутофагия, автолиз и т.д.). Вакуоли развиваются из мембранных везикул — провакуолей. Провакуоли являются производными эндоплазматического ретикулума и комплекса Гольджи, они сливаются и образуют вакуоли.

Рисунок 7. Вакуоль.

Вакуоли и их содержимое считаются отдельным компартментом от цитоплазмы. Различают пищеварительные и сократительные (пульсирующие) вакуоли, которые регулируют осмотическое давление и служат для вывода продуктов распада из организма. Вакуоли особенно заметны в клетках растений: во многих зрелых клетках растений они составляют более половины объема клетки, при этом они могут сливаться в одну гигантскую вакуоль. Одна из важных функций вакуолей растений — накопление ионов и поддержание тургора (тургорного давления). Вакуоль — это место, где хранится вода.

Мембрана, в которой заключена вакуоль, называется тонопластом, а содержимое вакуоли — клеточной лимфой. Клеточная лимфа состоит из воды и растворенных в ней веществ.

Клеточное строение организмов

Доктрина клетки как единицы структуры, функции и развития тела постоянно развивается, и теперь ученые делают новые открытия, связанные с клетками.

К концу 19 века были описаны органеллы (органеллы) — постоянные компоненты клетки, жизненно важные для ее существования; Стало ясно фундаментальное значение клеточных структур в передаче наследственных свойств.

Новое понимание клетки способствовало разделению науки клеточной цитологии.

Клеточное строение организмов, схожесть клеточного строения всех организмов — основа единства органического мира, доказательство родства живой природы.

Растения, животные, грибы, бактерии имеют клеточную структуру.

А для жизни и размножения вирусов клетки необходимы, потому что они не имеют клеточного строения.

Клетка — это элементарная структурно-функциональная единица живого существа, которой присущи все ее проявления, в частности обмен веществ и преобразование энергии, гомеостаз (постоянство внутренней среды), рост и развитие, размножение и раздражительность.

Кроме того, именно в клетках хранится, обрабатывается и реализуется наследственная информация.

Хотя в природе существует большое разнообразие организмов, строение их клеток имеет общие характеристики:

• наследственная информация (ДНК)
• цитоплазма (внутренняя среда между мембраной и ядром клетки, основа гиалоплазмы); функции цитоплазмы: это внутренняя среда клетки, сообщается между ядром и органеллами, служит местом расположения ядра и органелл
• клеточная мембрана — супрамембранные структуры (плазматическая мембрана у животных, клеточная стенка у растений, грибов); субмембранные структуры (микрофиламенты, микротрубочки)
• органеллы

Клетка родилась в результате долгой эволюции органического мира.

Группы клеток объединяются, образуя ткани и органы, а органы составляют организм.

И каждая клетка организма, сохраняя все присущие живому организму характеристики, в то же время приобретает новые свойства за счет выполнения со своей стороны определенной функции.

Многоклеточный организм можно разбить на составные части — клетки, но путем их повторной сборки невозможно восстановить функции целостного организма, поскольку только при взаимодействии частей системы появляются новые свойства.

Это один из основных законов, характеризующих живые существа: единство дискретного и интегрального.

Вне клетки хранение и передача наследственной информации, хранение и передача энергии невозможны.

Таким образом, установление единства плана клеточного строения всех живых организмов послужило доказательством единства происхождения всего живого на Земле.

Химический состав клетки. Макро- и микроэлементы

В составе живых организмов обнаружено большинство химических элементов периодической системы элементов Д.И. Менделеева, открытых к настоящему времени.

Следует отметить, что химический состав в разных клетках и тканях может существенно различаться.

Например, если в клетках животных среди органических соединений преобладают белки, то в клетках растений — углеводы.

Клеточная химия

Вещества	Содержание %
Неорганические вещества
Водопад	70-80
Минералы	1,0–1,5
Органическая материя
Белки	10-20
Толстый	1-5
углеводы	0,2-2,0
Нуклеиновых кислот	1.0-2.0
АТФ и другие органические кислоты	0,1-0,5

Значение воды:

• терморегуляция, высокая теплоемкость воды позволяет удерживать тепло в организме (транспирация у растений, потоотделение у животных)
• поддержание формы организмов (давление тургора придает форму тканям растений, гидростатический скелет нематод, медуз, околоплодные воды поддерживает и защищает плод млекопитающих)
• смазывающие свойства (суставная жидкость, плевральная жидкость)
• лучший растворитель благодаря полярности клеток (большая часть необходимых организму веществ растворяется в воде)
• водные растворы — средство переноса веществ в организме растений и животных (капилляры животных, вены растений)

Потеря 12% воды человеческим организмом требует восстановления под наблюдением врача, при потере 20% наступает смерть.

Минеральные соли находятся в живых системах в растворенном и нерастворенном виде

Растворенные соли участвуют в:

• транспортировка веществ через мембрану (калиево-натриевый насос)
• формирование нервных импульсов электрохимической природы
• сокращение мышц
• свертывание крови
• они входят в состав белков
• нуклеиновая кислота и компоненты АТФ
• поддерживает кислотно-щелочной баланс в цитоплазме
• нерастворимые соли в виде целых молекул образуют структуры раковин, раковин, костей, зубов

было обнаружено, что в клетках живых организмов постоянно содержится около 80 химических элементов в виде нерастворимых соединений и ионов.

Все они разделены на 2 большие группы в зависимости от их концентрации: макроэлементы и микроэлементы.

Макроэлементы — вещества, содержание которых в организме не менее 0,01%.

Примеры: кислород, углерод, водород, азот, фосфор, сера, калий, кальций, натрий, хлор, магний и железо.

Макроэлементы и их значение

Элемент	Имея в виду
кислород, углерод, водород и азот	органогенные вещества, так как они входят в состав основных органических соединений
фосфор и сера	В составе белков и нуклеиновых кислот
фосфор	формирование костей и зубов, входит в состав нуклеиновых кислот
азот	входит в состав белков, необходим для обменных процессов
калий, натрий и хлор	участвуют в процессах клеточного возбуждения.
калий	необходим для работы многих ферментов и регуляции водного режима клеток, участвует в проведении нервного импульса, обеспечивает работу клеточных мембран, поддерживает кислотно-щелочной баланс, влияет на активность и концентрацию магния
футбол	он входит в состав клеточных стенок растений, костей, зубов и раковин моллюсков и необходим для сокращения мышечных клеток, для внутриклеточного движения, необходим для процесса свертывания крови
магний	входит в состав хлорофилла — пигмента, обеспечивающего фотосинтез, участвует в биосинтезе белков, входит в состав ферментов, необходимых для функционирования мышечной, нервной и костной тканей
железо	входит в состав гемоглобина (перенос кислорода в крови), необходим для процессов дыхания и фотосинтеза, для функционирования многих ферментов, необходим для образования красных и белых кровяных телец
натрий	Участие в регуляции кислотно-щелочного баланса (часть натриевого и калиево-натриевого насосов) Калий вместе с натрием создает трансмембранный потенциал клеток и обеспечивает возбудимость клеточной мембраны

Микроэлементы содержатся в организме в концентрациях ниже 0,01%, а их общая концентрация в клетке не достигает даже 0,1%.

Примеры: цинк, медь, йод, кобальт, фтор, марганец, бром, бор и т.д.

Ценность микроэлементов клетки

Элемент	Имея в виду
цинк	Он входит в состав молекулы гормона поджелудочной железы — инсулина; это часть фермента, участвующего в транспортировке углекислого газа в крови
медь	Необходим для процессов фотосинтеза и дыхания, кроветворения, образования гемоглобина
йод	Он входит в состав гормона щитовидной железы тироксина, который необходим для нормального обмена веществ
кобальт	это компонент витамина B12, отсутствие которого приводит к анемии.
фтор	Участие в формировании зубной эмали в виде нерастворимых солей входит в состав костей
марганец	Входит в состав ферментов, участвующих в дыхании, окислении жирных кислот, участии в фотосинтезе, в составе ферментов, необходимых для роста костей
бром	В составе витамина B1
бор	Влияет на процессы роста растений (верхушечные почки, цветки, завязи)

Как недостаток, так и избыток или нарушение обмена макро- и микроэлементов приводят к развитию различных заболеваний.

При недостатке веществ:

• недостаток кальция и фосфора вызывает рахит
• недостаток азота вызывает серьезный дефицит белка
• дефицит железа вызывает анемию
• недостаток йода — нарушение образования гормонов щитовидной железы и снижение скорости обмена веществ.
• уменьшение поступления фтора с водой и пищей приводит к нарушению обновления эмали зубов, что вызывает кариес
• свинец токсичен почти для всех организмов, вызывая чрезмерное повреждение мозга и центральной нервной системы, вызывая рак; острое отравление свинцом сопровождается внезапными галлюцинациями и заканчивается комой и смертью

Также в клетках можно найти ультрамикроэлементы, содержание которых в клетке очень мало, но они также участвуют в химических процессах клетки.

К ультрамикроэлементам относятся: серебро, золото, свинец, ртуть и др.

Например, серебро убивает около 650 различных типов бактерий, а золото может усиливать бактерицидный эффект серебра и стабилизировать иммунные процессы.

Осмотическое давление в клетке

Осмотическое давление — превышение гидростатического давления на раствор, отделенное от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану (осмос). Это давление стремится уравнять концентрации обоих растворов из-за обратной диффузии молекул растворенного вещества и растворителя.

Измерение градиента осмотического давления, то есть разности водного потенциала двух растворов, разделенных полупроницаемой мембраной, называется тоничностью. Раствор с более высоким осмотическим давлением, чем другой раствор, называется гипертоническим, а раствор с более низким осмотическим давлением — гипотоническим.

Тургор тканей — это стрессовое состояние мембран живых клеток. Тургорное давление — внутреннее давление, которое возникает в растительной клетке при попадании в нее воды за счет осмоса и прижатия цитоплазмы к клеточной стенке; это давление предотвращает дальнейшее проникновение воды в клетку.

Тургор вызывается тремя факторами: внутренним осмотическим давлением клетки, которое вызывает напряжение в клеточной мембране, внешним осмотическим давлением и эластичностью клеточной мембраны.

Рисунок 11. Взаимодействие эритроцитов и растительных клеток с растворами.

Пластиды

Пластиды (от древнегреческого Πλαστόс — резные) — это полуавтономные органеллы высших растений, водорослей и некоторых фотосинтезирующих простейших. Пластиды имеют от двух до четырех мембран, собственный геном и аппарат для синтеза белка.

Согласно симбиогенной теории, пластиды, как и митохондрии, возникли в результате «захвата» древней цианобактерии предшественником эукариотической «хозяйской» клетки. В этом случае внешняя мембрана пластид соответствует плазматической мембране клетки-хозяина, межмембранное пространство — внешней среде, внутренняя мембрана пластид — мембране цианобактерий, а строма пластид — цитоплазме цианобактерий. Наличие трех (эвглена и динофлагелляты) или четырех (золотистая, коричневая, желто-зеленая, диатомовые водоросли) считается результатом двукратного и трехкратного эндосимбиоза соответственно.

Хлоропласты (от греч. Χλωρός — «зеленый») — зеленые пластиды, обнаруженные в клетках фотосинтезирующих эукариот. С их помощью происходит фотосинтез. Хлоропласты содержат хлорофилл.

Клетка листа может содержать 15-20 и более хлоропластов, а у некоторых водорослей всего 1-2 гигантских хлоропласта (хроматофора) различной формы.

Хлоропласты ограничены двумя мембранами: внешней и внутренней. Наружная мембрана определяет однородную внутреннюю жидкую среду хлоропласта — строму (матрикс). Строма содержит белки, липиды, ДНК (кольцевая молекула), РНК, рибосомы и резервные вещества (липиды, крахмал и белковые зерна), а также ферменты участвует в фиксации углекислого газа.

Внутренняя оболочка хлоропласта образует в строме инвагинации — тилакоид, которые имеют форму уплощенных мешочков (цистерн). Многие из этих тилакоидов, лежащие друг на друге, образуют грану, и в этом случае их называют гранатилакоидами. Именно в мембранах тилакоидов локализуются светочувствительные пигменты, а также переносчики электронов и протонов, которые участвуют в поглощении и преобразовании световой энергии.

Рисунок 10. Хлоропласты.

Цитоплазма

Жидкий компонент цитоплазмы еще называют цитозолем. Под световым микроскопом оказалось, что клетка заполнена чем-то вроде жидкой плазмы или золя, в котором «плавают» ядро ​​и другие органеллы. На самом деле это не так. Внутреннее пространство эукариотической клетки строго упорядочено.

Движение органелл координируется с помощью специализированных транспортных систем, так называемых микротрубочек, которые действуют как внутриклеточные «пути», и специальных белков динеина и кинезина, которые играют роль «моторов». Отдельные белковые молекулы также не распространяются свободно во внутриклеточном пространстве, а направляются в необходимые компартменты с помощью специальных сигналов на их поверхности, которые распознаются клеточными транспортными системами.

Центриоли

Центриоли — это цилиндрические белковые структуры, расположенные вблизи ядра клеток животных (у растений центриоли отсутствуют, за исключением низших водорослей). Центриоль представляет собой цилиндр, боковая поверхность которого образована микротрубочками.

Вокруг центриолей находится так называемый центр организации цитоскелета, область, в которой группируются минус-концы клеточных микротрубочек.

Рисунок 8. Центриоли.

Перед делением клетка содержит две центриоли, расположенные под прямым углом друг к другу. Во время митоза они расходятся на разных концах клетки, образуя полюса делящегося веретена. После цитокинеза каждая дочерняя клетка получает центриоль, которая удваивается для следующего деления. Удвоение центриолей происходит не за счет деления, а за счет синтеза новой структуры, перпендикулярной существующей.

Дифференцировка клеток многоклеточного организма

Многоклеточные организмы состоят из клеток, которые в некоторой степени различаются по структуре и функциям, например, у взрослого человека насчитывается около 230 различных типов клеток. Все они являются потомками одной клетки — зиготы (в случае полового размножения) — и приобретают различия в результате процесса дифференциации.

Дифференциация в подавляющем большинстве случаев не сопровождается изменением наследственной информации клетки, а обеспечивается только регуляцией активности генов; специфический характер экспрессии генов наследуется во время деления родительской клетки, как правило, в результате эпигенетических механизмов. Однако есть исключения: например, при формировании клеток иммунной системы позвоночных некоторые гены перестраиваются, эритроциты млекопитающих полностью теряют всю наследственную информацию, а половые клетки — половину.

Различия между клетками на ранних стадиях эмбрионального развития появляются, прежде всего, из-за неоднородности цитоплазмы оплодотворенной яйцеклетки, из-за которой в процессе дробления образуются клетки, различающиеся по содержанию некоторых белков и РНК. ; во-вторых, важную роль играет микросреда клетки: ее контакты с другими клетками и окружающей средой.

Митохондрии

Митохондрии — это особые органеллы клетки, основная функция которых — синтез АТФ, универсального переносчика энергии. Дыхание (поглощение кислорода и выделение углекислого газа) также происходит за счет ферментных систем митохондрий.

Внутренний просвет митохондрий, называемый матрицей, ограничен цитоплазмой двумя мембранами, внешней и внутренней, между которыми располагается межмембранное пространство. Внутренняя мембрана митохондрии образует складки, так называемые гребни. Матрикс содержит различные ферменты, участвующие в дыхании и синтезе АТФ. Водородный потенциал внутренней митохондриальной мембраны имеет центральное значение для синтеза АТФ.

Рисунок 9. Митохондрии.

Митохондрии имеют собственный ДНК-геном и прокариотические рибосомы, что, безусловно, указывает на симбиотическое происхождение этих органелл. Не все митохондриальные белки вообще закодированы в митохондриальной ДНК, большинство генов митохондриальных белков находится в ядерном геноме, а соответствующие продукты синтезируются в цитоплазме и затем транспортируются в митохондрии. Геномы митохондрий различаются по размеру: например, геном митохондрий человека содержит всего 13 генов.