1 - полярна головка молекули фосфолипида
2 - жирнокислотний хвіст молекули фосфолипида
3 - інтегральний білок
4 - периферичний білок
5 - полуінтегральний білок
Зовнішня клітинна мембрана властива всім клітинам (тваринним і рослинним), має товщину близько 7,5 (до 10) нм і складається з молекул ліпідів і білка.
В даний час поширена рідинно-мозаїчна модель побудови клітинної мембрани. Відповідно до цієї моделі молекули ліпідів розташовані в два шари, причому своїми водовідштовхувальними кінцями (гідрофобними - жиророзчинними) вони знаходяться один напроти одного, а водорозчинними (гідрофільними) - до периферії. В ліпідний шар вбудовані білкові молекули. Деякі з них знаходяться на зовнішній або внутрішній поверхні ліпідної частини, інші - частково занурені або пронизують мембрану наскрізь.
- захисна, прикордонна, бар'єрна;
- рецепторная - здійснюється за рахунок білків - рецепторів, які мають виборчої здатністю до певних речовин (гормонів, антигенів та ін.), вступають з ними в хімічні взаємодії, проводять сигнали всередину клітини;
- беруть участь в утворенні міжклітинних контактів;
- забезпечують рух деяких клітин (амебовідние рух).
У тварин клітин зверху зовнішньої клітинної мембрани є тонкий шар глікокаліксу. Це комплекс вуглеводів з ліпідами і вуглеводів з білками. Гликокаликс бере участь в міжклітинних взаємодіях. Точно таку ж будову мають цитоплазматичні мембрани більшості органел клітини.
У рослинних клітин зовні від цитоплазматичної мембрани. розташована клітинна стінка, що складається з целюлози.
Транспорт речовин через цитоплазматичну мембрану.
Існують два основних механізми для надходження речовин в клітину або виходу з клітини назовні:
Пасивний транспорт речовин відбувається без витрати енергії. Прикладом такого транспорту є дифузія і осмос, при яких рух молекул або іонів здійснюється з області з високою концентрацією в область з меншою концентрацією, наприклад, молекул води.
Активний транспорт - при цьому виді транспорту молекули або іони проникають через мембрану проти градієнта концентрації, для чого необхідна енергія. Прикладом активного транспорту служить натрій-калієвий насос, який активно викачує натрій з клітки і поглинає іони калію з зовнішнього середовища, переносячи їх в клітку. Насос - це особливий білок мембрани, приводить його в рух АТФ.
Активний транспорт забезпечує підтримання сталості обсягу клітини і мембранного потенціалу.
Транспорт речовин може здійснюватися шляхом ендоцитозу і екзоцитозу.
Ендоцитоз - проникнення речовин в клітку, екзоцитоз - з клітки.
При ендоцитозу плазматична мембрана утворює впячивание або вирости, які потім обволікають речовина і отшнуровиваясь, перетворюються в пухирці.
Розрізняють два типи ендоцитозу:
1) фагоцітоз- поглинання твердих часток (клітини фагоцити),
2) пиноцитоз - поглинання рідкого матеріалу. Пиноцитоз характерний для амебоидних найпростіших.
Шляхом екзоцитозу різні речовини виводяться з клітин: з травних вакуолей видаляються неперетравлені залишки їжі, з секреторних клітин виводиться їх рідкий секрет.
Цитоплазма - (цитоплазма + ядро утворюють протоплазму). Цитоплазма складається з рідкого основної речовини (цитоплазматичний матрикс, гіалоплазма, цитозоль) і знаходяться в ньому різноманітних органел і включень.
Включення-продукти життєдіяльності клітин. Виділяють 3 групи включень - трофічного, секреторного (клітини залоз) і спеціального (пігмент) значення.
Органели - це постійні структури цитоплазми, що виконують в клітці певні функції.
Виділяють органели загального значення і спеціальні. Спеціальні зустрічаються в більшості клітин, але в значній кількості присутні тільки в клітинах, що виконують певну функцію. До них відносяться микроворсинки епітеліальних клітин кишечника, вії епітелію трахеї і бронхів, джгутики, міофібрили (забезпечують скорочення м'язів і ін.).
До органел загального значення відносять ЕРС, комплекс Гольджі, мітохондрії, рибосоми, лізосоми, центриоли клітинного центру, пероксисоми, мікротрубочки, мікрофіламенти. У рослинних клітинах - пластиди, вакуолі. Органели загального значення можна поділити на органели, що мають мембранне і немембранні будова.
Органели, що мають мембранне будова бувають двумембранние і одномембранні. До двумембранним відносять мітохондрії і пластиди. До одномембранних - ендоплазматична мережа, комплекс Гольджі, лізосоми, пероксисоми, вакуолі.
Органели, які не мають мембран: рибосоми, клітинний центр, мікротрубочки, мікрофіламенти.
Мітохондріі- це органели округлої або овальної форми. Вони складаються з двох мембран: внутрішньої і зовнішньої. Внутрішня мембрана має вирости - Крісті, які поділяють мітохондрії на відсіки. Відсіки заповнені речовиною - матриксом. У матриксі містяться ДНК, іРНК, тРНК, рибосоми, солі кальцію і магнію. Тут відбувається автономний біосинтез білка. Основний же функцією мітохондрій є синтез енергії і накопичення її в молекулах АТФ. Нові мітохондрії утворюються в клітці в результаті поділу старих.
Пластіди- органели, що зустрічаються переважно в рослинних клітинах. Вони бувають трьох типів: хлоропласти, що містять пігмент зеленого кольору; хромопласти (пігменти червоного, жовтого, помаранчевого кольору); лейкопласт (безбарвні).
- Хлоропласти завдяки зеленому пігменту хлорофілу, здатні синтезувати органічні речовини з неорганічних, використовуючи енергію сонця.
- Хромопласти надають яскраве забарвлення квітів і плодів.
- Лейкопласти здатні накопичувати запасні поживні речовини: крохмаль, ліпіди, білки та ін.
Ендоплазматична мережа (ЕРС) являє собою складну систему вакуолей і каналів, які обмежені мембранами. Розрізняють гладку (гладкий) і шорстку (гранулярную) ЕРС. Гладка не має на своїй мембрані рибосом. У ній відбувається синтез ліпідів, ліпопротеїдів, накопичення і виведення з клітини отруйних речовин. Гранулярна ЕРС має рибосоми на мембранах, в яких синтезуються білки. Потім білки надходять в комплекс Гольджі, а звідти назовні.
Комплекс Гольджі (апарат Гольджі) являє собою стопку сплощені мембранних мішечків - цистерн і пов'язану з ними систему бульбашок. Стопка цистерн називається діктіосома.
Функції комплексу Гольджі: модифікація білків, синтез полісахаридів, транспорт речовин, формування клітинної мембрани, освіту лізосом.
Лізосоми- є оточені мембраною бульбашки, що містять ферменти. Вони здійснюють внутрішньоклітинний розщеплення речовин і підрозділяються на первинні та вторинні. Первинні лізосоми містять ферменти в неактивній формі. Після потрапляння в органели різних речовин відбувається активація ферментів і починається процес перетравлення - це вторинні лізосоми.
Пероксисоми мають вигляд пухирців, обмежених однією мембраною. Вони містять ферменти, які розщеплюють токсичну для клітин перекис водню.
Вакуолі- це органели клітин рослин, що містять клітинний сік. У клітинному соку можуть перебувати запасні поживні речовини, пігменти, відходи життєдіяльності. Вакуолі беруть участь в створенні тургорного тиску, в регуляції водно - сольового обміну.
Рібосоми- органели, що складаються з великої та малої субодиниць. Можуть знаходитися або на ЕРС або ж розташовуватися вільно в клітці, утворюючи полісоми. Вони складаються з рРНК і білка і утворюються в полісом. В рибосомах відбувається біосинтез білка.
Клітинний центр-зустрічається в клітинах тварин, грибів, нижчих рослин і відсутній у вищих рослин. Він складається з двох центріолей і променевої сфери. Центриоль має вигляд порожнього циліндра, стінка якого складається з 9 триплетів мікротрубочок. При розподілі клітини утворюють нитки мітотичного веретена, що забезпечують розбіжність хроматид в анафазе мітозу і гомологічниххромосом при мейозі.
Мікротрубочкі- трубчасті утворення різної довжини. Входять до складу центріолей, митотического веретена, джгутиків, війок, виконують опорну функцію, сприяють переміщенню внутрішньоклітинних структур.
Мікрофіламенти- нитчасті тонкі освіти, розташовані по всій цитоплазмі, але особливо багато їх під клітинною оболонкою. Разом з мікротрубочками утворюють цитоскелет клітини, зумовлюють ток цитоплазми, внутрішньоклітинні переміщення бульбашок, мітохондрій та ін. Органел.
Існують два етапи в еволюції клітини:
Хімічний етап почався близько 4,5 млрд років тому. Під дією ультрафіолетового випромінювання, радіації, грозових розрядів (джерела енергії) відбувалося утворення спочатку простих хімічних сполук - мономерів, а потім більш складних - полімерів і їх комплексів (вуглеводів, ліпідів, білків, нуклеїнових кислот).
Біологічний етап утворення клітин починається з появи пробіонтов - відокремлених складних систем, здатних до самовідтворення, саморегуляції і природному відбору. Пробіонти з'явилися 3-3,8 млрд. Років тому. Від пробіонтов відбулися перші прокариотические клітини - бактерії. Еукаріотичні клітини походять від прокариот (1-1,4 млрд. Років тому) двома шляхами:
1) Шляхом симбіозу декількох прокаріотів клітин - це симбиотическая гіпотеза;
2) Шляхом инвагинации клітинної мембрани. Суть інвагінаціонний гіпотези полягає в тому, що прокаріотична клітина містила кілька геномів, прикріплених до клітинної оболонці. Потім відбувалася інвагінація - впячивание, відшнуруванням клітинної мембрани, і ці геноми перетворювалися в мітохондрії, хлоропласти, ядро.
Диференціація і спеціалізація клітин.
Диференціація - це формування різних типів клітин і тканин в ході розвитку багатоклітинного організму. Одна з гіпотез пов'язує диференціювання з експресією генів в процесі індивідуального розвитку. Експресія - процес включення тих чи інших генів в роботу, який створює умови для спрямованого синтезу речовин. Тому відбувається розвиток і спеціалізація тканин в тому чи іншому напрямку.