Большинство клеток многоклеточных животных, например эпителиальные клетки крови, печени, почек и др., имеют только одну наружную мембрану, которая и представляет их единственный внешний покров. У других же клеток, например у отростков нервных клеток, у многих простейших, внешний покров состоит из нескольких прилегающих друг к другу мембран, образующих прочную клеточную оболочку, которая обычно бывает, видна с помощью светового микроскопа. Отличительную черту клеток растений, как уже упоминалось выше, представляет толстая клеточная оболочка, состоящая из клетчатки, особого органического вещества пектина или из других веществ. Эта оболочка располагается над наружной цитоплазматической мембраной, образуется за счет активной деятельности мембраны и представляет собой прочный внешний покров растительных клеток.

3. Цитоплазма и ее органоиды

Цитоплазма. Цитоплазма, отграниченная от внешней среды наружной мембраной, заполняет всю клетку, и в ней располагаются различные органоиды и ядро. Это внутренняя полужидкая среда клетки, которая содержит большое количество воды, а из органических веществ в ней преобладают белки. На электронно-микроскопических фотографиях основная масса цитоплазмы имеет мелкозернистое строение. Во многих клетках, например в клетках эпителия, в ней видны тончайшие нити, рас-18 полагающиеся во всех участках клетки и выполняющие роль опорных (скелетных) структур. Цитоплазма связывает все клеточные органоиды и ядро в одно целое и обеспечивает их взаимодействие друг с другом.

Митохондрии. Митохондрии («митос» - нить, «хондрион» - зерно, гранула, греч.) - это тельца размером примерно от 0,2 до 7 мкм, разнообразные по своей форме: округлые, овальные, палочковидные, нитевидные. Располагаются митохондрии в цитоплазме клеток, и количество их в разных клетках может варьировать от 2-3 до 1000 и более. Подсчитано, например, что в одной клетке печени млекопитающих содержится около 2500 митохондрий.

Митохондрии хорошо видны в световой микроскоп, с помощью которого можно рассмотреть их форму, расположение в клетке, сосчитать их количество. При электронно-микроскопическом исследовании обнаружено, что каждая митохондрия имеет довольно сложное строение. Схема строения митохондрии, а также на электронно-микроскопической фотографии видно, что внешний покров этого органоида представлен двумя мембранами: наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, она не образует никаких складок и выростов. Внутренняя мембрана, наоборот, образует многочисленные складки, которые направлены во внутреннюю полость митохондрии. Складки внутренней мембраны называются кристами («криста» - гребень, вырост, лат.). У большинства клеток во внутренней полости митохондрии кристы располагаются в поперечном направлении. Некоторые кристы могут разветвляться. В одной митохондрии обычно бывает множество крист, и они плотно прилегают друг к другу, а незначительное пространство, которое остается между ними, заполнено полужидким веществом с мелкозернистым строением.

Наружная и внутренняя мембраны митохондрий имеют такое же трехслойное строение, как и наружная мембрана клетки. В их состав входят белки и жиры. На наружной и внутренней мембранах митохондрий и особенно на кристах располагается большое количество разнообразных ферментов. К числу ферментов митохондрий относятся, прежде всего те, с помощью которых осуществляется дыхание клеток, а также синтез особого вещества, которое называется аденозинтрифосфорной кислотой или, сокращенно, АТФ. Это вещество обладает большими запасами энергии, которая освобождается при распаде АТФ, постоянно происходящем в митохондриях под влиянием ферментов. Энергия используется клетками при синтезе разнообразных веществ, при выработке тепла, нужного для поддержания температуры тела, при движении и других проявлениях жизнедеятельности.

АТФ синтезируется в митохондриях всех клеток, всех организмов и представляет собой универсальный источник энергии. Поэтому митохондрии образно называются силовыми или энергетическими станциями клетки; они обязательный органоид каждой растительной и животной клетки.

Пластиды. Пластиды - это органоиды растительных клеток, и наличие пластид отличает клетки растений от клеток животных. Пластиды располагаются в цитоплазме. Различается три основных типа пластид: 1) зеленые - хлоропласты; 2) окрашенные в красный, оранжевый и другие цвета - хромопласты и 3) бесцветные - лейкопласты.

Хлоропласты находятся в клетках листьев и других зеленых частях растений. Характерный для хлоропластов зеленый цвет зависит от особого находящегося в них зеленого пигмента хлорофилла. Благодаря хлорофиллу зеленые растения способны использовать световую энергию Солнца и за счет солнечной энергии синтезировать органические вещества из неорганических. Процесс созидания органических веществ из неорганических носит название фотосинтеза. Он происходит только в хлоропластах.

Хромопласты окрашивают венчики цветков, плоды, овощи и листья в разные цвета: от желтого и оранжевого до различных оттенков красного цвета.

Лейкопласты содержатся в клетках бесцветных частей растений: в стеблях, корнях, клубнях. Все эти типы пластид тесно связаны друг с другом возможностью взаимного перехода. Так, при созревании плодов или при изменении окраски листьев осенью хлоропласты превращаются в хромопласты, а лейкопласты могут свободно превращаться в хлоропласты, например при позеленении клубней картофеля.

Все три типа пластид хорошо видны под световым микроскопом, так как размеры их обычно равны нескольким микрометрам. Например, хлоропласты могут быть 4-6 мкм и больше.

Тонкое строение пластид было изучено с помощью электронного микроскопа. Мы рассмотрим подробно строение хлоропластов. У большинства растений хлоропласты имеют форму дисков, отграниченных от цитоплазмы двумя мембранами. Каждая из мембран хлоропласта, т.е. наружная и внутренняя, обладает таким же строением, как и наружная мембрана клетки, и в состав обеих мембран входит три слоя.

На микрофотографии видно, что внутри хлоропласта находится большое количество прямоугольных гран. Каждая грана представляет собой скопление, или группу, тончайших пластинок, сложенных друг с другом наподобие столбика монет. В поперечном сечении они выглядят округлыми, диаметр одной граны около 1 мкм. В состав одной граны входит около 10 пластинок, а в одном хлоропласте содержится несколько десятков гран, которые соединены между собой также тонкими пластинками. Зеленый пигмент хлорофилл находится только в гранах; в других частях хлоропласта его нет, и именно в гранах происходит фотосинтез.

Лизосомы. Лизосомы - небольшие округлые тельца, располагающиеся во всех частях клетки. Диаметр одной лизосомы около 1 мкм. От цитоплазмы лизосомы отграничены плотной мембраной. Внутри них сконцентрированы ферменты, которые способны расщеплять все пищевые вещества, поступающие в клетку. Расщепление пищевых веществ с помощью ферментов называется лизисом, откуда и происходит название самого органоида - лизосома. В одной клетке лизосом может быть много, например несколько десятков, и совокупность лизосом можно образно назвать пищеварительной системой клетки. Лизосомы обнаружены во многих клетках животных, и в последнее время они найдены также и в клетках растений.

Эндоплазматическая сеть. Этот органоид был открыт только при электронно-микроскопическом исследовании клеток. Эндоплазматическая сеть представляет собой сложную систему каналов и полостей размером до 500 А, которые соединяются между собой и образуют сложную ветвящуюся сеть, пронизывающую всю цитоплазму клетки.

Каналы и полости эндоплазматической сети ограничены мембранами, которые имеют такое же строение, как и наружная мембрана клетки, т.е. каждая из них состоит из трех слоев.

Различается два типа эндоплазматической сети: шероховатая и гладкая. На мембранах первого типа располагается множество мелких округлых телец - рибосом, которые и придают мембранам каналов и полостей шероховатый вид. Мембраны второго типа, т.е. гладкой эндоплазматической сети, не несут рибосом на своей поверхности.

О функциях этого органоида известно следующее: шероховатая эндоплазматическая сеть принимает активное участие в синтезе белков. На мембранах гладкой эндоплазматической сети происходит синтез жиров и полисахаридов. Эти продукты синтеза накапливаются в каналах и полостях, а затем транспортируются к различным органоидам клетки, где они и потребляются. Кроме того, в многочисленные каналы и полости эндоплазматической сети постоянно поступают и транспортируются в различные участки клетки вещества из окружающей среды. Поступают в нее и вещества, выходящие из клетки.

Следовательно, эндоплазматическая сеть - это клеточный органоид, который принимает активное участие не только в синтезе белков, полисахаридов и жиров, но и в транспортировании и накоплении различных веществ в клетке.

Эндоплазматическая сеть обнаружена во всех клетках животных и растений, всеобщее распространение этого органоида еще раз свидетельствует о важности его функций, которые сейчас интенсивно изучаются.

Рибосомы. Так же как эндоплазматическая сеть, рибосомы были открыты с помощью электронного микроскопа, поскольку эти органоиды клетки обладают исключительно мелкими размерами. Рибосомы - это тельца округлой формы диаметром 150 - 200 А. На электронно-микроскопической фотографии видно, что в клетке очень много рибосом и что большинство из них располагается на мембранах эндоплазматической сети. Кроме того, много рибосом свободно располагается в цитоплазме, а также в ядре клетки. В состав рибосом входят белок и рибонуклеиновая кислота (РНК).

Рибосомы обнаружены во всех клетках многоклеточных животных и растений, а также в клетках одноклеточных организмов. Это показывает, что рибосомы - обязательный органоид каждой клетки, выполняющий важнейшую биологическую функцию: на рибосомах синтезируется белок. Рибосомы - именно тот органоид клетки, где происходит синтез белковых молекул, т.е. сборка их из молекул аминокислот, имеющихся в цитоплазме и ядре каждой клетки. Поскольку рибосомы выполняют важнейшую функцию синтеза белка, их можно называть «сборочными конвейерами» клетки.

Белки, синтезированные на рибосомах, накапливаются в каналах и полостях эндоплазматической сети, а затем транспортируются к тем органоидам клетки, где они потребляются. Основная масса белков синтезируется на рибосомах, сконцентрированных на мембранах шероховатой эндоплазматической сети, и эти два органоида, как отмечено выше, представляют единый аппарат синтеза и транспортировки образующихся в клетке белков.

Комплекс Гольджи. Комплекс Гольджи - органоид клетки, названный так по имени итальянского ученого К. Гольджи, который впервые увидел его в цитоплазме нервных клеток (1898) и обозначил как сетчатый аппарат. Сейчас комплекс Гольджи обнаружен во всех клетках растительных и животных организмов. Форма и размеры его сильно варьируют. Во многих клетках, например в нервных, он имеет форму сложной сети, расположенной вокруг ядра (рис. 59); в клетках растений, простейших комплекс Гольджи представлен отдельными тельцами серповидной или палочковидной формы. Электронно-микроскопическое строение этого органоида одинаково в клетках растительных и животных организмов, несмотря на разнообразие его формы. В комплекс Гольджи входят три основных структурных компонента: 1) крупные полости, расположенные группами (по 5 - 8); 2) сложная система трубочек, отходящих от полостей; 3) крупньге и мелкие пузырьки, расположенные на концах трубочек. Все эти элементы составляют единый комплекс и ограничены мембранами такого же строения, как и наружная мембрана клетки.

Комплекс Гольджи выполняет много важных биологических функций: к нему транспортируются по каналам эндоплазматической сети продукты синтетической деятельности клетки, а также различные вещества, поступающие в клетку из внешней среды. Это в первую очередь белки, синтезирующиеся в клетке, секреты белковой природы, вырабатываемые во многих клетках, желток, образующийся в яйцевых клетках при их созревании, полисахариды и жиры. Все эти вещества сначала накапливаются в элементах комплекса Гольджи, а затем в виде капелек или зерен поступают в цитоплазму и либо используются в самой клетке в процессе ее жизнедеятельности, либо выводятся из нее во внешнюю среду.

Клеточный центр. Клеточный центр состоит из двух очень маленьких телец, каждое из которых имеет размеры меньше 1 мкм, и особого плотного участка цитоплазмы. Тельца клеточного центра называются центриолями, а уплотненный участок цитоплазмы, в центре которого они находятся. - центросферой.

Электронно-микроскопические исследования показала, что каждая центриоль имеет форму цилиндра, стенка которого состоит из 9 пар мельчайших трубочек.

Клеточный центр обычно располагается вблизи ядра. Такое расположение клеточного центра особенно характерно для клеток многоклеточных животных. Клеточному центру принадлежит важная роль при делении клетки.

Органоиды специального значения. К этой группе относятся те органоиды, которые связаны с выполнением клетками каких-либо специальных функций. Примером таких органоидов могут служить реснички и жгутики, выполняющие функцию движения у инфузорий и жгутиконосцев среди простейших. Ресничками также снабжены многие эпителиальные клетки многоклеточных животных, например эпителий дыхательных путей, где реснички выполняют функцию движения, удаляя попавшие в организм частички пыли. В мышечных клетках животных и человека содержатся тончайшие нити - миофибриллы, за счет которых осуществляется сокращение мышц. У простейших, во многих клетках многоклеточных организмов, и особенно в эпителиальных, находятся очень тонкие опорные нити, выполняющие роль внутриклеточного скелета.

Включения. В отличие от органоидов включения принадлежат к числу непостоянных клеточных структур. Они то появляются, то исчезают в процессе жизнедеятельности клетки. Включения хорошо видны в световой микроскоп в форме плотных зерен, жидких капель, вакуолей и кристаллов. Многие из этих включений представляют собой запасные питательные вещества, которые постоянно используются клеткой. Это капельки жира, зерна крахмала и гликогена, а также белка. В некоторых клетках запасные питательные вещества откладываются в больших количествах. Так, в клетках печени накапливается много гликогена, в клетках подкожной жировой клетчатки животных и человека происходит накопление жира. Отложений белка много в яйцевых клетках различных животных. Клетки растений также богаты запасными питательными веществами: в них можно найти полисахариды (крахмал и др.), жиры и белковые включения, которых много в семенах, клубнях. Например, в клетках клубней картофеля накапливается огромное количество крахмала.

Список литературы

1. Азимов А. Краткая история биологии. М., 1997.

2. Кемп П., Армс К. Введение в биологию. М., 2000.

3. Либберт Э. Общая биология. М., 1978 Льоцци М. История физики. М., 2001.

4. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. Учебное пособие. М., 1999.

5. Небел Б. Наука об окружающей среде. Как устроен мир. М., 1993.

Страницы: 1, 2