Структурно-функціональна організація еукаріотичної клітини
I. Визначення клітини, її компоненти
Клітка - цілісна елементарна система, здатна до самовідтворення і саморегуляції метаболічних процесів. Еукаріотична клітина складається з 3-х частин: поверхневого апарату, цитоплазми і ядра.
II. Поверхневий апарат клітини (рис. 1) складається з плазмалемми (1), надмембраннного (2) і субмембранного комплексів (3).
Активний транспорт (ріс.З) йде проти градієнта концентрації речовин, з витратою енергії. Активний транспорт можна розділити на 2 види: активний транспорт низькомолекулярних сполук (ріс.З-1) / Приклад: (Na ++ K +) - Hacoc / і активний транспорт високомолекулярних сполук (транспорт речовин в клітину
1. ендоцитоз, з клітки - екзоцитоз) транспортні засоби в мембранної упаковці;
2, на прикладі мікропіноцитоз;
Рецепторная функція поверхневого апарату пов'язана з ідентифікацією інформаційного речовини - ліганда (як правило, це гормон) за допомогою рецептора і адекватної відповіді на даний стимул (це може бути запуск хімічного процесу в клітці або відкриття транспортного каналу) (рис.4).
III. Цитоплазма складається з гіалоплазми, органоїдів і включень.
Гіалоплазма (цитоплазматичний матрикс, цитозоль) - це внутрішнє середовище клітини, що займає близько 50% її обсягу. За своїми фізико-хімічними властивостями це колоїд, здатний переходити зі стану гелю в золь.
Гіалоплазма складається на 90% з води, колоїдні властивості визначаються різноманітними білками. У ній містяться також амінокислоти, полісахариди,
нуклеотиди, АТФ, жирні кислоти, вітаміни, розчинені гази і т.д. тобто в гіалоплазме присутній весь різноманітний спектр речовин, необхідний клітці для процесів її життєдіяльності.
Органели - це постійні структури клітини. За будовою можна виділити немембранні органели (рибосоми, центріолі, мікротрубочки, філаменти.) І мембранні, серед яких розрізняють одномембранні (ендоплазматична сітка, комплекс Гольджі, лізосоми, пероксисоми.) І двухмембранной (мітохондрії, пластиди).
Рибосоми. Діаметр рибосом близько 20 нм. Складаються з двох субодиниць: малої та великої. У клітці еукаріот два види рибосом - 80 і 70 S (S - одиниці седиментації) (табл. 1). До складу рибосом входять рРНК, рибосомальні білки, Синтез рРНК та збирання субодиниць рибосом здійснюється в полісом. Функції рибосом - синтез білка.
Ендоплазматична мережа (ЕРС) - система з'єднаних сплюснутих цистерн. Виділяють дві структурно взаємопов'язані різновиди ЕПС: гладку і гранулярную (шорстку). Гладка ЕРС має трубчасту будову, її мембрани більш контрастні (при електронної мікроскопії), т. К. Містять робочі ферменти. Функції гладкою ЕРС: компартменталізація, первинний синтез ліпідів, синтез олигосахаридов, синтез попередників стероїдів, транспорт синтезованих речовин, детоксикація. Гранулярна ЕРС представлена сплощеними цистернами з рибосомами. Мембрана менш контрастна в порівнянні з гладкою ЕРС. Функції гранулярних ЕРС: компартменталізація, синтез експортного білка, дозрівання білка, транспорт синтезованого білка і ін.
КомплексГол'джі (КГ) складається з дискоїдний цистерн, зібраних в стопки, і бульбашок по периферії. Бульбашки представляють собою формуються первинні лізосоми або секреторні гранули. При мітозі КГ ділиться навпіл, т. Е. Має спадкоємний будова. Функції КГ: дозрівання, сортування та пакування експортного білка; формування первинних лізосом і секреторних гранул; синтез полісахаридів і ліпідів; детоксикація; компартменталізація.
Лізосоми - округлі тільця з гомогенним вмістом, оточені мембраною. Розмір лізосом 0,2-1 мкм. Містять близько 60 гидролитических ферментів (20% в мембрані, 80% всередині). Функції лізосом: ауто- і гетерофагії. Пероксисоми - округлі тільця з кристалоподібні серцевиною. Містять різноманітні ферменти, більшість з яких відносяться до групи каталаз. Виділяють два види пероксисом: 0,15 - 0,25 мкм - універсальні дрібні, локалізуються в усіх клітинах; 0,3 -1,5 мкм - великі (в клітинах печінки, нирок). Пероксисоми беруть участь у метаболізмі Н202, яка використовується для подальшого окислення різноманітних речовин.
Цитоскелет включає опорні органели - мікротрубочки, мікрофіламенти, проміжні філаменти. Микротрубочки (рис. 5) - порожнистий циліндр діаметром 24 нм, стінка якого побудована з спірально упакованих субодиниць білка тубуліну. Зростають мікротрубочки шляхом додавання з одного кінця тубулінових субодиниць. Крім того, мікротрубочки є структурними ком-нентами центриолей, війок, джгутиків, базальних тілець, митотического веретена.
Мікрофіламенти - білкові нитки діаметром 5 - 7 нм складаються з актину і міозину.
Мікрофіламенти забезпечують рухові функції
Проміжні фтаменти, їх діаметр 8-10 нм, складаються з ниток зібраних в пучки. Дані структури тканеспеціфічни, т. Е. В кожної тканини свої проміжні філаменти.
Мітохондрії - двухмембранной органоид, присутній тільки в еукаріот. Розмір і форма мітохондрій варіює в широких межах, їх типову будову см. Рис. 6. Функції мітохондрій: синтез АТФ (енергетична),
Існують і інші органели, що мають свій специфічний будова і функції.
Літична система клітини - розщеплення макромолекул всередині клітини (рис.7).
Виділяють 2 види литических циклів: аутофагіческій і гетерофагічних. Гетерофагічних цикл - здійснюється гідроліз макро-молекул, що надійшли в клітку шляхом ендоцитозу (фаго- і пиноцитоз).
Аутофагіческій цикл - розщеплюються власні клеточ-ні макромолекули; є найважливішим елементом всередині-клітинної фізіо-логічної регене-рації.
1 - фагоцитоз; 2 - пиноцитоз; 3 - фагосома; 4 - первинні лізосоми; 5-6 - освіту фаголізосом; 7 - гідроліз; 8 - залишкове тільце; 9 - екзоцитоз; 10 - комплекс Гольджі; 11 - аутофагосома.
Літичний цикл можна розділити на три основні етапи: 1. Освіта ендосоми (в результаті ендоцитозу) або аутосоми (в результаті
аутоцітоза). 2. Злиття утворених структур з первинної лизосомой, в результаті чого утворюється вторинна лизосома. У ній відбувається розщеплення речовин до мономерів і їх транспорт в цитоплазму. 3. Залишковий тільце - містить «нерозщеплені продукти», виводиться з клітини екзоцитозу.
Включення, на відміну від органоїдів, непостійні структури; їх наявність залежить від метаболічного стану клітини. Можна виділити наступні групи включень: трофічні - виконують функцію запасу поживних речовин; секреторні - містять речовини, що виділяються кліткою; специфічні (пігментні) - характерні для спеціалізованих клітин.
IV. Ядро (нуклеус) - спадковий апарат еукаріотичної клітини містить генетичну інформацію. Форма ядра, як правило,
округла, але може бути різноманітною, що залежить від форми клітини і її функціонального стану. У структурі ядра виділяють наступні компоненти: поверхневий апарат, Каріоплазма, ядерний матрикс, хроматин, ядерце. Поверхневий апарат ядра, його будова см. Рис. 8. поровим комплекси займають площу від 10 -12% поверхні ядра і більш, що залежить від його активності, і складаються з 3-х рядів глобулярних білків, часто зустрічається центральна кулька. Глобулярні білки з'єднані фібрилярні. Функція порових комплексів: висновок з ядра в цитоплазму мРНК, а також її дозрівання; вихід субодиниць рибосом; проведення в ядро з цитоплазми рибосомних, гістонових білків, ферментів реплікації і транскрипції, а також нуклеотидів. Ламін (щільна пластинка) тісно пов'язана з конденсованими хроматином, в зв'язку з чим, крім підтримки "архітектури ядра", бере участь в просторової організації хроматину
Каріоплазма (ядерний сік) - внутрішня бесструктурная середовище ядра, за своїми фізико-хімічними властивостями це білковий колоїд, в якому розташовуються всі структури ядра. Основу ядерного матриксу складають фібрилярні білки, що створюють "скелет" ядра або беруть участь в реплікації і транскрипції.
Хроматин за хімічною структурою - це дезоксінуклеопротеід, що складається з
15% негістонові) і
1% РНК. У інтерфазних ядрі виділяють два види хроматину: ЕУ і гетерохроматин. Еухроматин - деспіралізованние хроматин, активний, т. Е. Має високий рівень синтетичних процесів. Гетрохроматін спирализованную (конденсований), неактивний.
Ядро - несамостійна і непостійна структура ядра, яка формується в області вторинних перетяжок хромосом (у людини 13, 14, 15, 21, 22 хромосоми), де розташовуються гени, що кодують рРНК. Функція ядерця: синтез рибосомних РНК та збирання субодиниць рибосом.
V. Концепція мембранного будови клітини. Мембрани клітини представлені плазмалеммой поверхневого апарату і цитоплазматичними (внутрішньоклітинними) мембранами. Всі мембрани мають принципово однакову будову. На мембранах протікають всі основні процеси в клітці, вони структурують біохімічні процеси. Мембрани виконують функцію компартментализации (компартмент - відсік, оточена мембраною область) - просторове розмежування внутрішньоклітинного вмісту на відокремлені відсіки, що створює умови для одночасного протікання різних ферментативних реакцій. Мембранний конвеєр або потік дифференцирующихся мембран - система рециркуляції мембран. Мембрани формуються на основі попередніх структур і можливий взаимопереход одних мембран в інші. Головне місце складання мембран - зовнішня мембрана поверхневого апарату ядра і ЕРС в диференційованих клітинах. Перебудова мембран відбувається в дуже короткі терміни шляхом вбудовування специфічних білків відповідних органоїдів і зміни ліпідного складу.
