Что значит эукариотическая клетка

Эукариотические и прокариотические клетки: особенности, функции и строение

Все живые организмы могут быть распределены в одну из двух групп (прокариоты или эукариоты) в зависимости от основной структуры их клеток. Прокариоты — живые организмы, состоящие из клеток, которые не имеют клеточного ядра и мембранных органелл. Эукариоты — живые организмы, клетки которых содержат ядро, а также мембранные органеллы.

Клетка является фундаментальной составляющей нашего современного определения жизни и живых существ. Клетки рассматриваются в качестве основных строительных блоков жизни и используются в определении того, что значит быть «живым».

Давайте взглянем на одно определение жизни: «Живые существа — это химические организации, состоящие из клеток и способные размножаться» (Китон, 1986). Это определение базируется на двух теориях — клеточной теории и теории биогенеза. Клеточная теория впервые была предложена в конце 1830-х годов немецкими учеными Маттиасом Якобом Шлейденом и Теодором Шванном. Они утверждали, что все живые существа состоят из клеток. Теория биогенеза, предложенная Рудольфом Вирховым в 1858 году, утверждает, что все живые клетки возникают из существующих (живых) клеток и не могут появиться спонтанно из неживой материи.

Компоненты клеток заключены в мембрану, которая служит барьером между внешним миром и внутренними составляющими клетки. Клеточная мембрана — избирательный барьер, это означает, что он пропускает некоторые химические вещества, поддерживающие равновесие, необходимое для жизнедеятельности клеток.

Клеточная мембрана регулирует перемещение химических веществ из клетки в клетку следующими способами:

Прокариоты

Прокариоты — организмы, состоящие из клеток, которые не имеют клеточного ядра или любых мембранных органелл. Это означает, что генетический материал ДНК у прокариот не связан в ядре. Кроме того, ДНК прокариот менее структурирована, чем у эукариот. В прокариотах ДНК одноконтурная. ДНК эукариот организована в хромосомы. Большинство прокариот состоят только из одной клетки (одноклеточные), но есть несколько и многоклеточных. Ученые разделяют прокариот на две группы: бактерии и археи.

Типичная клетка прокариота включает:

Эукариоты

Источник

Научная электронная библиотека

§ 3.1.4. Строение клетки

Размеры клетки широко варьируют от 0,1 мкм (некоторые бактерии) до 155 мм (яйцо страуса). У всех клеток, независимо от их формы, размеров, функциональной нагрузки обнаруживается сходное строение (рис. 3.13).

Рис. 3.13. Схема строения живой клетки: 1 – оболочка; 2 – мембрана; 3 – цитоплазма; 4 – ядро; 4а – ядрышко; 5 – рибосомы; 6 – эндоплазматическая сеть (ЭПС); 7 – митохондрии; 8 – комплекс гольджи; 9 – лизосомы; 10 – пластиды; 11 – клеточные включения

Снаружи клетка одета мембраной. Внутренняя часть клетки содержит многочисленные органоиды – структурные образования клетки, выполняющие определенные функции жизнедеятельности клетки.

1. Оболочка. Присутствует только у растительных клеток. Состоит из волокон целлюлозы. Функции оболочки: защита клетки от внешних повреждений, придает стабильную форму клетки, эластичность растительным тканям.

Повреждение наружной оболочки приводит к гибели клетки (цитолиз).

2. Мембрана. Тончайшая структура (75 Ǻ), состоит из двойного слоя молекул липидов и одного слоя белков. Такая структура обеспечивает уникальную эластичность и прочность мембране

участие в обмене веществ. Эта функция связана с избирательной проницаемостью в клетку определенных веществ и выведение из нее продуктов обмена. В процессе питания в клетку могут проникать определенные растворы веществ (пиноцитоз) и твердые частицы (фагоцитоз).

Явление фагоцитоза – поглощение клеткой твердых частиц – впервые было описано русским врачом Мечниковым. Фагоцитарная особенность лежит в основе процесса иммунитета. Особенно развита у лейкоцитов, клеток костного мозга, лимфатических узлов, селезенки, надпочечников и гипофиза.

Пиноцитоз – поглощение клеткой растворов – состоит в том, что мельчайшие пузырьки жидкости втягиваются через образующуюся воронку, проникают через мембрану и усваиваются клеткой.

3. Цитоплазма – внутренняя среда клетки. Представляет собой гелеобразную жидкость (коллоидная система), состоит на 80 % из воды, в которой растворены белки, липиды, углеводы, неорганические вещества. Цитоплазма живой клетки находится в постоянном движении (циклоз).

транспортировка питательных веществ и утилизация продуктов обмена клетки;

буферность цитоплазмы (постоянство физико-химических свойств) обеспечивает гомеостаз клетки, поддерживает постоянные нужные параметры жизнедеятельности;

поддержание тургора (упругость) клетки;

все биохимические реакции происходят только в водных растворах, что обеспечивается в среде цитоплазмы.

4. Ядро – обязательный органоид эукариотических клеток. Впервые было исследовано и описано Р. Броуном в 1831 г. В молодых клетках расположено в центре клетки, в старых – смещается в сторону. Снаружи ядро окружено мембраной с крупными порами, способными пропускать крупные макромолекулы. Внутри ядро заполнено клеточным соком – кариоплазмой, основная часть ядра заполнена хроматином – ядерным веществом, содержащим ДНК и белок. Перед делением хроматин образует палочковидные хромосомы. Причём, хромосомы одинакового строения (но содержащие разные ДНК!) образуют пары, зрительно воспринимаемые как одно целое (рис. 3.14).

Рис. 3.14. Хромосомный набор человеческой клетки перед началом деления

Структурирование всех хромосом в пары свидетельствует о том, что число хромосом – чётное. Поэтому, его часто обозначают 2n, где n – количество хромосомных пар, а соответствующий набор хромосом называют диплоидным. Например, у голубей n = 40 (80 хромосом), у мухи n = 6 (12 хромосом), у собаки n = 39 (78 хромосом), у аскариды n = 1 (2 хромосомы). У человека n = 23 (46 хромосом). Однако, в половых клетках число хромосом в два раза меньше. Поэтому набор хромосом в половых клетках называется гаплоидным. Клетки, не являющиеся половыми называются соматическими. Иногда клетки с гаплоидным набором хромосом называют гаплоидными клетками, а с диплоидным набором хромосом – диплоидными клетками.

При слиянии двух родительских гаплоидных половых клеток образуется диплоидная клетка, дающая начало новому организму с набором генов отца и матери

Совокупность всех хромосом ядра (а значит и генов) клетки называется генотип. Именно генотип определяет все внешние и внутренние признаки конкретного организма.

В соматических клетках 44 Х-образные хромосомы (22 пары) у женщин и мужчин идентичны (сходны по строению), их называют аутосомами. А 23-я пара имеет конфигурацию ХХ – у женщин и ХY – у мужчин. Эти пары хромосом именуются половыми хромосомами.

В половых клетках 22 хромосомы также одинаковые у яйцеклеток и у сперматозоидов, а 23-я хромосома конфигурации Х – у яйцеклетки и Х или Y – у сперматозоидов. Поэтому при слиянии половых клеток и образовании пар хромосом, 23-я пара будет ( <ХY>или <ХХ>) определять пол будущего ребенка.

Необходимо помнить, что хотя в соматических клетках набор хромосом диплоидный (2n), однако, перед началом деления клеток происходит репликация ДНК, то есть, удвоение их количества, а, значит, и удвоение
количества хромосом. Поэтому перед началом деления соматической клетки в ней насчитывается 4n хромосом (рис. 16). Она становится тетраплоидной.

– хранение генетической информации;

– контроль за всеми процессами, происходящими в клетке: делением, дыханием, питанием и др.

4а. Ядрышко – структура, содержащаяся в ядре. Ядро может содержат 1, 2 или более ядрышек. Функция ядрышка – формирование рибосом.

Следует отметить, что не все клетки имеют оформленное ядро. Клетки, имеющие ядро называются эукариотическими или эукариотами. Клетки, не имеющие ядра, называются прокариотическими или прокариотами. Функции ядра у прокариот несёт одна нить ДНК (именуется хромосома), в которой хранится вся генетическая информация. К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Как правило, у прокариотов отсутствуют и некоторые другие органоиды. Размеры прокариотических клеток меньше, чем размеры эукариот.

5. Рибосомы – самые мелкие органоиды клетки. Были обнаружены в 1954 г. Французским ученым Паладом. Рибосомы были обнаружены в цитоплазме, а также на гранулярной ЭПС и в ядре.

Функция рибосом: обеспечение биосинтеза белка.

6. Эндоплазматическая сеть. Представляет собой каналы и полости, ограниченные мембраной. Различают две разновидности ЭПС: гранулярная ЭПС и агранулярная ЭПС. Гранулярная ЭПС морфологически отличается от агранулярной наличием на ее поверхности многочисленных рибосом (на агранулярной ЭПС рибосомы отсутствуют).

Функции эндоплазматической сети:

– участие в синтезе органических веществ: на гранулярной ЭПС синтезируются белки, на агранулярной – липиды и углеводы;

– транспортировка продуктов синтеза ко всем частям клетки.

Несложно уяснить, что гранулярная ЭПС характерна для клеток, синтезирующих белки (например клетки желез внутренней секреции), агранулярная ЭПС характерна для клеток-производителей углеводов и липидов (например клетки жировой ткани).

7. Митохондрии – крупные органоиды, состоящие из двойного слоя мембран: наружная – гладкая, внутренняя образует многочисленные гребнеобразные складки – кристы. Внутри митохондрии заполнены жидкостью (матрикс).

Функции митохондрий: основная функция митохондрий – обеспечение клетки энергией. Этот процесс происходит за счет синтеза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) (рис. 3.15), в которой фрагмент

Рис. 3.15. Структурная формула аденозинфосфорных кислот. Для аденозинтрифосфорной кислоты n = 3, для аденозиндифосфорной кислоты n = 2, для аденозинмонофосфорной кислоты n = 1

При взаимодействии молекулы аденозинтрифосфорной кислоты с водой отщепляется один остаток фосфорной кислоты, в результате чего образуется аденозиндифосфорная кислота – АДФ и выделяется огромное количество энергии:

АТФ + Н2О = АДФ + Н3РО4 + 10 000 калорий.

Впоследствии от АДФ может отщепляться еще один остаток фосфорной кислоты, образуя АМФ – аденозинмонофосфорную кислоту.

АДФ + Н2О = АМФ + Н3РО4 + 10 000 калорий[37].

Освободившаяся энергия используется для жизнедеятельности клетки (КПД процесса превышает 80 %!).

Наряду с распадом АТФ и выделением энергии в клетке постоянно происходит синтез АТФ и накопление энергии (обратные реакции).

Количество митохондрий в клетке зависит от потребности последней в энергии. Так, в клетках кожи человека находится в среднем 5–6 митохондрий, в клетках мышц – до 1000, в клетках печени – до 2500!

8. Комплекс Гольджи. Итальянский ученый Гольджи обнаружил и описал структуру клетки, напоминающую стопки мембран, цистерны, пузырьки и трубочки. Расположена эта система чаще всего возле ядра.

Функции комплекса Гольджи: в полостях комплекса накапливаются всевозможные продукты обмена клетки, которые по каким-либо причинам не вывелись наружу. В последствии эти продукты могут быть использованы клеткой для процессов жизнедеятельности. Из пузырьков и цистерночек комплекса Гольджи в растительных клетках образуются вакуоли, заполненные клеточным соком.

9. Лизосомы – мелкие органоиды. Представляют собой пузырьки, окруженные мембраной. Внутри лизосомы заполнены пищеварительными ферментами (обнаружено 12 ферментов), которые расщепляют и переваривают крупные макромолекулы (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты).

Функции лизосом: растворение и переваривание макромолекул. Лизосомы участвуют в фагоцитозе. Понятно, что основная функция по перевариванию поступающих в клетку частиц принадлежит лизосомам.

10. Пластиды. Эти органоиды характерны только для растительных клеток. Форма напоминает двояковыпуклую линзу. Структура пластид напоминает таковую у митохондрий: двойной слой мембраны. Наружная – гладкая, внутренняя образует складки, называемые тилакоидами. На тилакоидах происходит основной жизненно важный для всех зеленых растений процесс – фотосинтез:

Пластиды бывают трех типов:

1) Хлоропласты – зеленые пластиды. Их цвет обусловлен наличием хлорофилла. Хлорофилл – основное вещество хлоропластов (имеет зеленый цвет). Только благодаря хлорофиллу возможен процесс фотосинтеза (см. раздел 4.2). Хлоропласты придают зеленый цвет растительным организмам.

2) Хромопласты – пластиды, имеющие различные окраски: от ярко-желтого до пурпурно-багряного. Наличие различных пигментов окрашивают плоды, цветки и осенние листья растений в соответствующие цвета. Этот факт особенно важен для привлечения насекомых к цветкам, как природный индикатор созревания плодов и др.

3) Лейкопласты – бесцветные пластиды, в которых происходит накопление запасных питательных веществ (например, крахмала).

Некоторые виды пластид могут переходить друг в друга: например, переход хлоропластов в хромопласты: созревание томатов, яблок, вишни, и т. д.; изменение окраски листьев в осенний период времени. Лейкопласты могут переходить в хлоропласты: позеленение картофеля на свету. Это доказывает общность происхождения пластид.

11. Клеточные включения. Вакуоли. Это непостоянные и необязательные составляющие клетки. Они могут появляться и исчезать в течение всей жизни клетки. К ним относятся капли жира, зерна крахмала и гликогена, кристаллы щавелево-кислого кальция и др. Жидкие продукты обмена называются клеточным соком и накапливаются они в вакуолях. В клеточном соке растворены сахара, минеральные соли, пигменты и т. д. Чем старше клетка, тем больше клеточного сока накапливает клетка. Молодые клетки практически не содержат вакуолей.

Помимо перечисленного некоторые специализированные клетки обладают специальными органоидами. К ним относятся:

– реснички и жгутики, представляющие собой выросты мембраны клетки, осуществляющие движения клетки. Они имеются у одноклеточных организмов и многоклеточных (кишечный эпителий, сперматозоиды, эпителий дыхательных путей);

– миофибриллы – тонкие нити мышечных клеток, участвующие в сокращении мышц;

– нейрофибриллы – органоиды, характерные для нервных клеток и участвующие в проведении нервных импульсов. Кроме того, в состав клеток входят центриоли – две (иногда более) цилиндрические структуры диаметром около 0,1 мкм и длиной 0,3 мкм. Место расположения центриолей в период между делениями клетки считается серединой клеточного центра. При делении клетки центриоли расходятся в противоположные стороны – к полюсам, определяя ориентацию веретена деления (рис. 16).

Следует иметь в виду, что, хотя животные и растительные клетки имеют много общего, но между ними существуют и серьёзные различия (табл. 3.1).

Более общая классификация клеток представлена на рис. 3.16.

Одно из основных отличий бактерий от архей, состоит в химическом составе мембраны. Бактерии отделены от внешней среды двойным слоем липидов (жиров и жироподобных веществ). Мембраны архей состоят из терпеновых спиртов.

Источник

Что значит эукариотическая клетка

Основные положения:
• В эукариотической клетке плазматическая мембрана окружает цитоплазму
• В цитоплазме расположены индивидуальные компартменты. каждый окружен мембраной
• Наиболее крупным компартментом обычно является ядро, содержащее генетический материал

С появлением эукариот строение клетки сильно усложнилось. У эукариотической клетки внутренняя среда не существует в гомогенном состоянии, а разделена на компартменты, каждый из которых окружен мембраной. Рисунок ниже иллюстрирует, что внутреннее пространство клетки эукариот разделено на два основных компартмента: цитоплазму и ядро. Внутриклеточные компартменты, ограниченные мембраной, обычно называются органеллы. Чаще всего наиболее заметной органеллой является ядро. Остальную часть содержимого клетки обычно называют цитоплазмой, подразумевая под этим термином внутриклеточный объем, заключенный между ядром и плазматической мембраной (т. е. все, за исключением ядра).

Макромолекулы поступают в ядро и выходят из него через поры, которые представляют собой белковые каналы, расположенные в его оболочке. Поры настолько велики, что через них свободно проходят мелкие молекулы. Поэтому водная среда в ядре и цитоплазме одинакова.

В ядре содержится генетический материал. Степень сложности генетического аппарата эукариот сильно варьирует. Геном наиболее простых одноклеточных организмов содержит примерно 5000 генов. Наряду с функциями, свойственными геному прокариот, эукариотической клетке необходима информация о всех дополнительных структурных элементах и системах, ответственных за локализацию белков в индивидуальных компартментах, а также о более сложных системах регуляции экспрессии генов, которые учитывают сегрегацию ДНК в клеточном ядре.

Разнообразие эукариот охватывает организмы от одноклеточных, существование которых напоминает свободно растущие бактерии, до сложных многоклеточных, состоящих из многих различных типов клеток В процессе эволюции эукариоты возникли в виде одноклеточных организмов, и большинство их характерных свойств сформировались до момента развития в многоклеточные организмы. Это объясняет наличие общих консервативных признаков у клеток грибов, растений и животных.

Важный момент, который следует запомнить, заключается в том, что для всех компартментов клетки характерна высокая концентрация макромолекул. В современной клетке значительно усилены все характерные черты, свойственные примитивной клетке, и она не только сегрегирует макромолекулы от окружающей среды, но и концентрирует их. Концентрация ДНК в ядре соответствует вязкому гелю. В других компартментах находятся белки в высокой концентрации. Такой характер организации клетки свидетельствует о чрезвычайно важной роли локализации компонентов в ее жизнедеятельности.

Эукариотическая клетка содержит ядро и цитоплазму.
Для транспорта молекул между двумя компартментами служат поры в ядерной оболочке.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Источник

Эукариотическая клетка: черты строения и ее основные части

Все клеточные организмы делятся на прокариоты (бактерии и археи) и эукариоты (растения, животные, грибы). Эукариотическая клетка — это базовая единица строения представителей второй группы. Её главное отличие от прокариотической в наличии ядра, защищающего наследственную информацию.

Все клеточные организмы делятся на прокариоты (бактерии и археи) и эукариоты (растения, животные, грибы). Эукариотическая клетка — это базовая единица строения представителей второй группы. Её главное отличие от прокариотической в наличии ядра, защищающего наследственную информацию.

Различия прокариот и эукариот

Основной признак, отличающий эукариотические клетки от прокариотических, — наличие ядра. В нём находится ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), которая хранит генетическую информацию организма. У прокариот ДНК представлена одной кольцевой хромосомой и не защищена ядерной оболочкой. У эукариот она представлена линейными хромосомами, число которых может отличаться, связана с белками-гистонами и находится внутри ядра.

Другое отличие — присутствие у эукариотических клеток мембранных органоидов, или органелл: эндоплазматической сети (ЭПС), аппарата Гольджи, лизосом, митохондрий, пластид, вакуолей. Ядро также относится к таким органоидам. Благодаря наличию мембран у органелл возможна компартментализация клетки — разделение её на отсеки, в которых химические реакции могут протекать независимо. Существуют также органоиды — митохондрии и пластиды — имеющие и собственную ДНК.

Различается строение клеточной стенки прокариот и эукариот. Прокариоты имеют прочную стенку из муреина (бактерии) или псевдомуреина (археи), состоящую из одной молекулы вещества. У эукариот этой структуры либо вообще нет (животные), либо она многомолекулярная и состоит из других веществ — хитина и глюканов у грибов и целлюлозы у растений.

Характерная черта эукариотических клеток — размеры, намного большие, чем у прокариотических. Отличаются они на порядок: 0,5−10 мкм — диаметр бактерии или археи, 10−100 мкм — растительной или животной клетки. Объём при этом различается в тысячи раз. Рост величины может быть одной из причин утраты одномолекулярной клеточной стенки.

Эукариотные клетки, в отличие от прокариотных, способны к фагоцитозу — захвату твёрдого содержимого из внешней среды. Среди них появляются хищники, которые могут поедать других одноклеточных существ. У животных благодаря этой способности появляются фагоциты — кровяные элементы, поглощающие чужеродные организмы внутри тела.

Части эукариотной клетки

Наименьшая структурная и функциональная единица организма-эукариота — эукариотическая клетка. Строение и организация её у растений, животных и грибов во многом сходны. Отличаться могут лишь материал клеточной стенки (иногда она вовсе отсутствует) и некоторые органеллы — например, пластиды имеют только растения.

Основные части эукариотической клетки:

Цитоплазматическая мембрана, или плазмалемма — структура, которая отделяет внутреннюю среду клетки от внешней (или от клеточной стенки, если она присутствует). Строение и функции плазматической мембраны сходны с таковыми у прокариот. Образована она преимущественно липидами и белками. Липиды, формирующие двойной слой, состоят из:

Благодаря гидрофильным головкам жирорастворимые вещества проникают сквозь мембрану, гидрофобные хвосты не пропускают воду и растворённые в ней вещества, препятствуя смешиванию внутренней и внешней среды.

В билипидный слой встроены белки. Среди них выделяют три разновидности:

Белки участвуют в транспорте веществ в клетку и из неё — интегральные переносят электролиты и ионы, полуинтегральные — аминокислоты. Покровные могут выполнять рецепторную функцию.

За двумя слоями мембраны находится цитоплазма — коллоидная среда, содержащая в себе ядро, другие органоиды и различные включения — временные компоненты клетки, такие как зёрна крахмала, соляные кристаллы, жировые капли. Жидкая часть называется гиалоплазмой. Также в состав цитоплазмы входит цитоскелет — белковый клеточный скелет, образованный микротрубочками и микронитями.

Гиалоплазма в своём составе содержит полисахариды, липиды, белки, РНК. Вместе с клеточными структурами, «плавающими» в ней, она может двигаться. Амёбы и некоторые другие простейшие перемещаются в пространстве за счёт движения цитоплазмы.

Строение и функции органоидов

Органоидов в клетке множество, каждый из них выполняет специфическую функцию. В таблице описаны типичные для эукариот двумембранные, одномембранные и немембранные органеллы:

Происхождение эукариот

В биологии существует несколько гипотез происхождения эукариот. Основная из них — симбиотическая. Согласно ей, прокариотный организм, у которого по какой-то причине появилась способность к фагоцитозу, поглотил другие прокариотные клетки — они не переварились и стали органоидами. Наиболее явно на свою симбиотическую природу указывают митохондрии и пластиды — органеллы, имеющие собственную кольцевую ДНК, подобную ДНК бактерий.

Немного хуже эта гипотеза объясняет происхождение ядра. Генетической информации в нём намного больше, чем в пластидах и митохондриях. Возможно, в ядро переместился генетический материал из других органелл, которые вполне могут быть упростившимися, утратившими ДНК митохондриями и пластидами.

Другая гипотеза — инвагинационная. Она предполагает, что впачивания (инвагинации) мембраны, которые у прокариот выполняют функции органелл, отделились от мембраны клетки и стали собственно органеллами. Это объясняет, почему мембрана у многих органоидов двойная, но остаётся непонятным происхождение митохондрий и пластид с их кольцевой ДНК.

Кроме того, имеется третья гипотеза — химерная. Её можно рассматривать как разновидность симбиотической. Предполагается, что существовал некий способный к фагоцитозу прокариот, который поглощал другие клеточные организмы, и генетический материал хозяина и поглощённых клеток объединялся. Это хорошо объясняет возникновение ядра.

Источник