О.Д. Лопін
За будовою клітини живі організми ділять на прокаріотів і еукаріотів. Клітини і тих і інших оточені мембраною. зовні від якої у багатьох випадках є клітинна стінка. Усередині клітини знаходиться напіврідка цитоплазма. Однак клітини прокаріотів влаштовані значно простіше, ніж клітини еукаріот.
Мал. 1. Будова клітини прокаріотів
Основний генетичний матеріал прокаріотів (від грец. Про - до і каріон - ядро) знаходиться в цитоплазмі у вигляді кільцевої молекули ДНК. Ця молекула (нуклеоїд) не оточений ядерною оболонкою, характерною для еукаріот, і прикріплюється до плазматичної мембрани (рис.1). Таким чином, прокаріоти не мають оформленого ядра. Крім нуклеоида в прокариотической клітці часто зустрічається невелика кільцева молекула ДНК, яка називається плазмидой. Плазміди можуть переміщатися з однієї клітини в іншу і вбудовуватися в основну молекулу ДНК.
Деякі прокаріоти мають вирости плазматичної мембрани: Мезосома, ламеллярние тилакоїди, хроматофори. У них зосереджені ферменти, що беруть участь у фотосинтезі і в процесах дихання. Крім того, Мезосома асоційовані з синтезом ДНК і секрецією білка.
Клітини прокаріотів мають невеликі розміри, їх діаметр становить 0,3-5 мкм. Із зовнішнього боку плазматичної мембрани всіх прокаріот (за винятком мікоплазм) знаходиться клітинна стінка. Вона складається з комплексів білків і олігосахаридів, покладених шарами, захищає клітину і підтримує її форму. Від плазматичноїмембрани вона відокремлена невеликим межмембранное простором.
У цитоплазмі прокаріотів виявляються тільки немембранні органели рибосоми. За структурою рибосоми прокаріотів і еукаріот подібні, проте рибосоми прокаріотів мають менші розміри і не прикріплюються до мембрани, а розташовуються прямо в цитоплазмі.
Мал. 2. Будова клітин еукаріот
Багато прокаріоти рухливі і можуть плавати або ковзати за допомогою джгутиків.
Розмножуються прокаріоти зазвичай шляхом ділення надвоє (бінарним). Поділу передує дуже коротка стадія подвоєння, або реплікації, хромосом. Так що прокаріоти - гаплоїдні організми.
До прокаріотів відносяться бактерії і синьо-зелені водорості, або ціанобактерії. Прокаріоти з'явилися на Землі близько 3,5 млрд років тому і були, ймовірно, першою клітинної формою життя, давши початок сучасним прокариотам і еукаріотів.
Еукаріоти (від грец. Еу - істинний, каріон - ядро) на відміну від прокаріотів, мають оформлене ядро, оточене ядерною оболонкою - двуслойной мембраною. Молекули ДНК, які виявляються в ядрі, незамкнені (лінійні молекули). Крім ядра частина генетичної інформації міститься в ДНК мітохондрій і хлоропластів. Еукаріоти з'явилися на Землі приблизно 1,5 млрд років тому.
На відміну від прокаріотів, представлених поодинокими організмами і колоніальними формами, еукаріоти можуть бути одноклітинними (наприклад, амеба), колоніальними (вольвокс) і багатоклітинними організмами. Їх ділять на три великих царства: Тварини, Рослини і Гриби.
Діаметр клітин еукаріот складає 5-80 мкм. Як і прокариотические клітини, клітини еукаріот оточені мембраною. що складається з білків і ліпідів. Ця мембрана працює як селективний бар'єр, проникний для одних сполук і непроникний для інших. Зовні від плазматичної мембрани розташована міцна клітинна стінка. яка у рослин складається головним чином з волокон целюлози, а у грибів - з хітину. Основна функція клітинної стінки - забезпечення постійної форми клітин. Оскільки плазматична мембрана проникна для води, а клітини рослин і грибів зазвичай стикаються з розчинами меншій іонної сили, ніж іонна сила всередині клітини, вода буде надходити всередину клітин. За рахунок цього обсяг клітин буде збільшуватися, плазматична мембрана почне розтягуватися і може розірватися. Клітинна стінка перешкоджає збільшенню обсягу і руйнування клітини.
У тварин клітинна стінка відсутня, але зовнішній шар плазматичноїмембрани збагачений вуглеводними компонентами. Цей зовнішній шар плазматичної мембрани клітин тварин називають гликокаликсом. Клітини багатоклітинних тварин не потребують міцної клітинної стінки, оскільки є інші механізми, що забезпечують регуляцію клітинного обсягу. Так як клітини багатоклітинних тварин і одноклітинні організми, що живуть в море, знаходяться в середовищі, в якій сумарна концентрація іонів близька до внутрішньоклітинної концентрації іонів, клітини не набухають і не лопаються. Одноклітинні тварини, що живуть в прісній воді (амеба, інфузорія туфелька), мають скоротливі вакуолі, які постійно виводять назовні надходить всередину клітини воду.
Структурні компоненти еукаріотичної клітини
Усередині клітини під мембраною знаходяться цитоплазма. Основна речовина цитоплазми (гіалоплазма) являє собою концентрований розчин неорганічних і органічних сполук, головними компонентами якого є білки. Це колоїдна система, яка може переходити з рідкого в гелевидний стан і назад. Значна частина білків цитоплазми є ферментами, які здійснюють різні хімічні реакції. У гіалоплазме розташовуються органели, які виконують в клітці різні функції. Органели можуть бути мембранними (ядро, апарат Гольджі, ендоплазматичнийретикулум, лізосоми, мітохондрії, хлоропласти) і немембранні (клітинний центр, рибосоми, цитоскелет).
мембранні органелисновним компонентом мембранних органоїдів є мембрана. Біологічні мембрани побудовані за загальним принципом, але хімічний склад мембран різних органоїдів різний. Всі клітинні мембрани - це тонкі плівки (товщиною 7-10 нм), основу яких становить подвійний шар ліпідів (бислой), розташованих так, що заряджені гідрофільні частини молекул стикаються з середовищем, а гідрофобні залишки жирних кислот кожного моношару спрямовані всередину мембрани і стикаються один з одним (рис. 3). У бислой ліпідів вмонтовані молекули білків (інтегральні білки мембрани) таким чином, що гідрофобні частини молекули білка стикаються з жирнокислотного залишків молекул ліпідів, а гідрофільні частини експоновані в навколишнє середовище. Крім цього частина розчинних (НЕМЕМБРАННИХ білків) з'єднується з мембраною в основному за рахунок іонних взаємодій (периферичні білки мембрани). До багатьох білків і ліпідів у складі мембран приєднані також вуглеводні фрагменти. Таким чином, біологічні мембрани - це ліпідні плівки, в які вбудовані інтегральні білки.
Мал. 3. Структура біологічних мембран
Одна з основних функцій мембран - створення кордону між клітиною і навколишнім середовищем і різними відсіками клітини. Ліпідний бішар проникний в основному для жиророзчинних сполук і газів, гідрофільні речовини переносяться через мембрани за допомогою спеціальних механізмів: низькомолекулярні - за допомогою різноманітних переносників (каналів, насосів та ін.), А високомолекулярні - за допомогою процесів екзо і ендоцитозу (рис. 4 ).
Мал. 4. Схема перенесення речовин через мембрану
При ендоцитозу певні речовини сорбуються на поверхні мембрани (за рахунок взаємодії з білками мембрани). У цьому місці утворюється впячивание мембрани всередину цитоплазми. Потім від мембрани відокремлюється пухирець, усередині якого міститься переноситься з'єднання. Таким чином, ендоцитоз - це перенесення в клітку високомолекулярних сполук зовнішнього середовища, оточених ділянкою мембрани. Зворотний процес, тобто екзоцитоз - це перенесення речовин з клітини назовні. Він відбувається шляхом злиття з мембраною бульбашки, заповненого транспортуються високомолекулярними сполуками. Мембрана бульбашки зливається з мембраною, а його вміст виливається назовні.
Канали, насоси та інші переносники - це молекули інтегральних білків мембрани, зазвичай утворюють в мембрані пору.
Крім функцій поділу простору і забезпечення виборчої проникності мембрани здатні сприймати сигнали. Цю функцію здійснюють білки-рецептори, що зв'язують сигнальні молекули. Окремі білки мембрани є ферментами, які здійснюють певні хімічні реакції.
Ядро - великий органоид клітини, оточений ядерною оболонкою і має зазвичай кулясту форму. Ядро в клітці одне, і хоча зустрічаються багатоядерні клітини (клітини скелетних м'язів, деяких грибів) або не мають ядра (еритроцити і тромбоцити ссавців), але ці клітини виникають з одноядерних клітин-попередників.
Основна функція ядра - зберігання, передача і реалізація генетичної інформації. Тут відбувається подвоєння молекул ДНК, в результаті чого при розподілі дочірні клітини отримують однаковий генетичний матеріал. В ядрі з використанням в якості матриці окремих ділянок молекул ДНК (генів) відбувається синтез молекул РНК: інформаційних (іРНК), транспортних (тРНК) і рибосомних (рРНК), необхідних для синтезу білка. В ядрі здійснюється складання субодиниць рибосом з молекул рРНК і білків, які синтезуються в цитоплазмі і переносяться в ядро.
Ядро складається з ядерної оболонки, хроматину (хромосом), ядерця і нуклеоплазми (каріоплазми).
Мал. 5. Структура хроматину: 1 - нуклеосома, 2 - ДНК
Під мікроскопом всередині ядра видно зони щільної речовини - хроматину. У неделящихся клітинах він рівномірно заповнює обсяг ядра або конденсується в окремих місцях у вигляді більш щільних ділянок і добре забарвлюється основними барвниками. Хроматин являє собою комплекс ДНК і білків (рис. 5), здебільшого позитивно заряджених гістонів.