Строение клетки 2.0

На этой странице вы узнаете

• Как запомнить латинские приставки или что общего у прокариот и прабабушки?
• Как легко выучить строение хлоропласта, готовя блинчики?
• Как митохондрии могут спасти нас от хандры? 

Все живое состоит из клеток. Бактерии, растения, животные, грибы — это клеточные организмы. Но из чего состоит сама клетка? Какие ее части позволяют ей быть живой? На эти вопросы вы найдете ответы в этой статье.

Многообразие клеток. Прокариоты и эукариоты

Все существующие на Земле организмы принадлежат к двум главным систематическим категориям — империям:

1. Клеточные.
2. Неклеточные. 

К неклеточным формам жизни относятся только вирусы, так как до попадания в организменную среду они не проявляют никаких свойств живого (наследственности, изменчивости и других).

Империя Клеточные состоит из двух надцарств: 

• прокариоты;
• эукариоты. 

К прокариотам относятся только бактерии. Подробнее о них читайте в статье «Царство бактерии». Эукариотами являются растения, животные, грибы — почти все живые организмы, которые мы можем увидеть вокруг. 

Прокариоты — доядерные организмы, в клетках которых отсутствуют мембранные органоиды. 

Как запомнить латинские приставки или что общего у прокариот и прабабушки? Приставка «про-» означает «до-». Можно запомнить этот термин с помощью ассоциации: прабабушка — «предок» бабушки, прокариоты — предки эукариотических организмов.

Отличительные признаки прокариот:

• Нуклеоид — это зона цитоплазмы, в которой лежит кольцевая молекула ДНК. Именно там содержится наследственная информация прокариот. 
• Клеточная стенка — надмембранная оболочка из муреина, которая дополнительно защищает клетку. 
• Мембранных органоидов и ядра нет. 
• Рибосомы имеют размер 70S.
• Все представители надцарства одноклеточные. 

Модель строения прокариотической клетки 

Эукариоты — ядерные организмы, для которых характерно наличие в клетках мембранных органоидов, оформленного ядра и рибосом размера 80S. 

Приставка «эу-» означает «настоящий». Таким образом, эукариоты — настоящие ядерные организмы, eumetazoa — настоящие животные.

Чем эукариоты отличаются от прокариот? 

• Эукариоты имеют оформленное ядро, в котором лежат линейные молекулы ДНК в виде хромосом. В них хранится наследственная информация о том, как должен выглядеть организм. 
• В клетке могут присутствовать мембранные органоиды. К таким относятся все органоиды клетки, которые имеют оболочку, например, лизосома, аппарат Гольджи и другие. Подробнее о них вы можете узнать в статье «Строение клетки 1.0».
• Клеточная стенка есть только у некоторых представителей надцарства: у грибов и растений. Подробнее о них мы поговорим ниже. 
• Рибосомы имеют размер 80S. Они становятся значительно больше, чем прокариотические.
• Представители этого надцарства могут быть многоклеточными. Вспомните любое крупное животное или растение: их тела состоят из множества клеток.
  

Все эукариотические организмы относятся к трем царствам: Растения, Животные и Грибы. При этом представители каждого царства обладают определенными признаками — критериями, по которым их можно отнести именно к этой систематической категории. О том, что это за критерии, узнаем в следующем разделе статьи. 

Сравнительная характеристика клеток растений, животных и грибов

Каким образом можно отличить растительную клетку от животной? 

Растения и животные — очень разные организмы. Сравните, например, розу и корову. Разумеется, между ними нет практически ничего общего. Различия между растениями и животными наблюдаются даже на клеточном уровне. То есть с помощью микроскопа мы можем распознать растительную ткань, имея даже маленький-маленький ее кусочек! Давайте рассмотрим, по каким признакам можно ее отличить:

• Клеточная стенка из целлюлозы покрывает растительную клетку. Эта структура обеспечивает дополнительную защиту. 
• В растительной клетке имеются пластиды. Пластиды — это двумембранные органоиды, которые дают клетке возможность фотосинтезировать и запасать крахмал. 
• У растений есть центральная вакуоль, в которой накапливается клеточный сок — раствор питательных веществ. Помните клеточки апельсина? Они почти полностью состоят из центральной вакуоли, поэтому в них так много сладкого сока, богатого глюкозой.

Строение растительной клетки 

Рассмотрим особенности жизнедеятельности растений. Хоть их и нельзя увидеть в микроскоп, по этим признакам тоже можно легко отличить растительный организм.

• Растения питаются автотрофно. Они самостоятельные ребята, которые сами добывают себе питательное вещество — глюкозу, используя при этом воду, углекислый газ и энергию солнечного света.
• Растения неспособны к активному движению. То есть они не бегают, не прыгают и не умеют ходить. Зато они могут совершать незначительные движения: тропизмы и настии. Например, так соцветия подсолнуха могут за день совершить полный оборот вокруг стебля, постоянно поворачиваясь к солнцу.

Подробнее обо всех этих особенностях вы можете прочитать в статье «Основы систематики и классификации растений. Особенности растительной клетки». А теперь разберем особенности животной клетки.

Особенности животной клетки 

Живую животную клетку на микропрепарате можно отличить по отсутствию клеточной стенки и пластид — типичных компонентов клетки растения. Однако есть и другие особенности животных организмов:

• В животных клетках есть клеточный центр. Эта структура участвует в делении клеток. Из центриолей клеточного центра образуются нити веретена деления, которые растаскивают хромосомы к разным полюсам и равномерно распределяют их между двумя дочерними клетками.
• На плазматической мембране животной клетки находится комплекс из углеводов — гликокаликс. Эти углеводы выполняют рецепторную функцию. Они торчат из клетки как локаторы и улавливают информацию из окружающей среды. Так клетка может узнать вредоносного агента и вовремя включить систему защиты.

Строение животной клетки 

Рассмотрим особенности жизнедеятельности животных клеток:

• Животные клетки способны к активному движению. Мы с вами тоже являемся животными, поэтому можем ходить, плавать, бегать и совершать другие активные действия. А ведь за такую возможность мы благодарны мышцам нашего организма.
• Питаются животные гетеротрофно. Они поглощают готовые органические вещества, уже синтезированные автотрофными организмами. Их клетки неспособны сами «приготовить себе обед».

Грибы — эукариотические организмы, занимающие промежуточное положение в системе органического мира, так как обладают признаками и растений, и животных. 

При этом грибы больше похожи на животных, чем на растения, об этом говорят сходства в строении митохондрий и геноме. Разберем, какие признаки позволяют говорить о промежуточном положении грибов в современной природе.

Признаки растений	Признаки животных
неограниченный рост	гетеротрофное питание
неспособность к активному движению	выделение мочевины
наличие клеточной стенки	накопление гликогена

На рисунке ниже вы можете рассмотреть строение грибной клетки. Обратите внимание: на животную клетку она похожа гораздо больше, чем на растительную.

Строение грибной клетки 

Подробнее о грибах вы можете прочитать в статье «Грибы. Лишайники». Там рассмотрено строение тела этих организмов, особенности их жизнедеятельности.

Мембранные и немембранные органоиды

Что такое органоиды? 

Органоиды клетки — это что-то вроде органов в теле человека. Они представляют собой обособленные структуры, каждая из которых выполняет свою функцию. Например, хлоропласты нужны для фотосинтеза, рибосомы — для синтеза белка. 

Органоиды — постоянные компоненты клетки. 

Помимо органоидов, в клетке содержатся включения. Это непостоянные компоненты — они могут накапливаться и выводиться за пределы клетке. Включения могут быть каплями жира, кристаллами солей, отложениями металлов.

Все органоиды делятся на 2 главные группы: мембранные и немембранные. Как можно понять из названия, у мембранных органоидов имеется мембрана, а у немембранных ее нет. 

Какие органоиды относятся к немембранным?

• Клеточный центр — уже знакомый нам органоид из микротрубочек, который образует нити веретена деления. В составе клеточного центра имеются 2 центриоли, поэтому на рисунке он может выглядеть как крестик или колечко (в зависимости от того, с какой стороны его рассматривать). 

Клеточный центр 

• Рибосомы — органоиды, выполняющие синтез белка. Рибосомы состоят из двух субъединиц: большой и малой. Они чем-то напоминают неваляшку.

При биосинтезе белка иРНК встает между этими двумя субъединицами и передает рибосоме информацию о том, каким именно должен получиться белок. Рибосома движется по иРНК, как луч сканера, и считывает инструкцию. 

Рибосома 

Рибосомы могут лежать в цитоплазме свободно, а могут быть прикрепленными к шероховатой эндоплазматической сети. О ней мы поговорим позже, когда приступим к разбору одномембранных органоидов клетки. Прикрепленные к ЭПС рибосомы синтезируют белки на экспорт (то есть они потом выводятся наружу), а свободно лежащие в цитоплазме производят полипептиды для нужд самой клетки. 

Теперь приступим к рассмотрению мембранных органоидов. По количеству мембран выделяют:

• одномембранные органоиды, 
• двумембранные органоиды. 

Как уже понятно из названия, одномембранные органоиды — это постоянные компоненты клетки, имеющие только одну мембрану. Разберем, что к ним относится.

• Вакуоль представляет собой пузырь с жидкостью. Они бывают самыми разными. У растений и грибов есть вакуоли с клеточным соком — там хранится большая часть запасов клетки. У некоторых животных (чаще одноклеточных, например, у амебы) есть сократительная вакуоль, которая «выбрасывает» излишки воды из клетки. 

• Комплекс Гольджи (КГ) состоит из уплощенных цистерн и пузырьков и выглядит как стопка блинчиков с вареньем. Этот органоид необходим для преобразования, упаковки и транспортировки веществ, синтезируемых клеткой «на экспорт», поэтому КГ хорошо развит в клетках эндокринных желез, нейронах.
  
  КГ также нужен для «достраивания» мембраны клетки, которая постоянно тратится при экзоцитозе. Пузырьки, производимые комплексом Гольджи, подплывают к мембране и встают на место повреждений, как заплатка.

Аппарат Гольджи

• Еще одна важная функция аппарата Гольджи — формирование лизосом — пузырьков с пищеварительными (гидролитическими) ферментами. Внутри лизосом происходит переваривание веществ, поступивших в клетку, и расщепление их до мономеров.
  
• Пероксисома — органоид, нейтрализующий ионы Н+, которые вырабатываются в ходе большинства метаболических реакций. Этот ион опасен для клетки, ведь в ней много белков, которые могут денатурировать при контакте с кислой средой, создаваемой им.
  
• Шероховатая эндоплазматическая сеть представляет собой систему из окруженных мембраной уплощенных полостей, пузырьков и канальцев. Похоже на уже знакомый нам комплекс Гольджи, не так ли? Можно легко перепутать эти органоиды на картинках. Но есть важная отличительная характеристика: шероховатая ЭПС всегда находится около ядра, потому что на ней располагаются рибосомы, необходимые для синтеза белка. Чтобы синтезировался белок, нужно еще как-то передать к рибосомам из ядра инструкцию — генетическую информацию в виде молекул иРНК. Поэтому, конечно, проще расположить гранулярную ЭПС около ядра! 

Эндоплазматическая сеть

• Со временем шероховатая ЭПС утрачивает способность удерживать рибосомы на своей мембране и становится гладкой. Такая ЭПС находится наиболее удаленно от ядра. Она отвечает за синтез липидов и некоторых углеводов.

Осталось разобрать только двумембранные органоиды. К ним относятся митохондрии и пластиды. 

Митохондрии и пластиды образовались в результате симбиогенеза, то есть при поглощении эукариотической клеткой бактерий. Однажды эукариот решил скушать прокариотическую клетку, но потом она начала приносить пользу организму эукариота, и он решил оставить ее внутри.

Теория симбиогенеза имеет доказательства:

• У митохондрий и пластид 2 мембраны. Одна из них — собственная мембрана прокариота, а другая — впячивание мембраны эукариота.
• Внутри двумембранных органоидов есть кольцевая молекула ДНК — прямо как внутри бактериальной клетки.
• Митохондрии и пластиды способны к делению и биосинтезу собственных белков: внутри них есть рибосомы размера 70S.

Происхождение двумембранных органоидов 

Поговорим о строении двумембранных органоидов.

Растительная клетка содержит в себе уникальные органоиды — пластиды. Они имеют 2 мембраны. 

Выделяют три вида пластид:

• Хлоропласты — зеленые пластиды. Они осуществляют процесс фотосинтеза и содержат хлорофилл.

Строение хлоропласта 

Хлоропласт имеет 2 мембраны, собственные маленькие рибосомы, РНК и кольцевую молекулу ДНК. Именно в хлоропласте протекает фотосинтез — процесс образования глюкозы из воды и углекислого газа под действием света. Хлоропласт является полуавтономным органоидом — за счет наличия в нем ДНК и рибосом он может синтезировать собственные белки и делиться.

Как легко выучить строение хлоропласта, готовя блинчики? Чтобы запомнить строение хлоропласта, можно воспользоваться интересной ассоциацией: Тилакоид  похож на блинчик (тиЛАКОид — ЛАКОмство, 1 лакомство — 1 блинчик).Грана — стопка блинчиков.Строма — варенье, в котором плавают блинчики (СТРОма — STRAWberry, допустим, что варенье будет именно клубничным).

• Хромопласты — красные или оранжевые пластиды. Они обеспечивают окраску цветков и плодов.

• Лейкопласты — бесцветные пластиды, накапливающие в себе крахмал.

Разные пластиды могут взаимопревращаться друг в друга. Ниже представлена схема преобразований пластид. 

Разберем строение митохондрии и ее функции.

Как митохондрии могут спасти нас от хандры? Со всеми нами случалось такое: осенняя, зимняя, весенняя или еще какая хандра. Это состояние, в котором человек становится ко всему апатичным, ему все лень и не хватает энергии. Спасут от ХАНДРы нас митоХОНДРии, потому что они как раз и занимаются синтезом энергии. А еще от хандры хорошо спасает новогоднее настроение! Развешанные всюду декорации: гирлянды, елочки, полосатые носки для подарков… Именно полосатые праздничные носочки теперь вам должны напоминать митохондрии. Так мы можем запомнить, как называются выросты внутренней мембраны — КРИСТы (от слова CHRISTmas).

Митохондрия 

Фактчек

• Прокариоты — доядерные организмы, в клетках которых отсутствуют мембранные органоиды. 
• Эукариоты — ядерные организмы, для которых характерно наличие в клетках мембранных органоидов, оформленного ядра и рибосом размера 80S. 
• Органоиды — постоянные компоненты клетки. 
• Все органоиды делятся на 2 главные группы: мембранные и немембранные. 
• Митохондрии и пластиды образовались в результате симбиогенеза, то есть при поглощении эукариотической клеткой бактерий.

Проверь себя

Задание 1.

Выберите признак растительной клетки:

1. наличие пластид
2. клеточная стенка из муреина
3. рибосомы размера 70S
4. клеточный центр

Задание 2.

Постоянные компоненты клетки называются…

1. включениями
2. органоидами
3. микротрубочками
4. центриолями

Задание 3.

Какой органоид появился в результате симбиогенеза?

1. рибосома
2. ЭПС
3. комплекс Гольджи
4. митохондрия

Задание 4. 

Рибосомы шероховатой ЭПС синтезируют белки…

1. на экспорт
2. для нужд самой клетки

Задание 5.

Выросты внутренней мембраны митохондрий называются…

1. кристами
2. стромой
3. тилакоидами
4. матриксом

Ответы: 1. — 1; 2. — 2; 3. — 4; 4. — 1; 5. — 1.