Характеристика структурних елементів клітини.
І. Плазматична мембрана
Складається з ліпідів, білків і вуглеводів. Ліпіди становлять приблизно 40% сухої маси мембран. Серед них переважають фосфоліпіди (до 80%). Вони розташовані у два шари. Молекули мембранних ліпідів складаються з двох частин — гідрофобної та гідрофільної. Гідрофільні головки формують внутрішню й зовнішню поверхню мембрани. Гідрофобні хвости розташовані всередині мембрани. Білки (30 – 70%) розміщуються на зовнішній і внутрішній поверхнях (поверхневі білки) або пронизують мембрану на різну глибину (внутрішні). Вуглеводи входять до складу мембран у вигляді комплексів із білками або ліпідами.
Функції:
1. захисна: оберігає внутрішнє середовище клітини від несприятливих впливів.
2. забезпечення обміну речовин з навколишнім середовищем, або транспортна.
3. регуляторна: лазматичним мембранам властива ферментативна активність: вони містять деякі ферменти, які беруть участь у регуляції обміну речовин і перетворенні енергії;
4. рецепторна: на поверхні мембрани розташовуються рецептори. Плазматична мембрана забезпечує подразливість організмів (тобто, їхню здатність сприймати подразники і певним чином на них відповідати) і здійснює обмін інформацією між клітиною і навколишнім середовищем;
5. забезпечує міжклітинні контакти у багатоклітинних організмів.
ІІ. Цитоплазма становить собою неоднорідний колоїдний розчин – гіалоплазму з розташованими в ній органелами та іншими структурами. Гіалоплазма (основна плазма або матрикс цитоплазми) - це прозорий розчин органічних і неорганічних сполук у воді; частка останньої становить від 50 до 90%.
Функції:
1. Містить усі органоїди й забезпечує функціонування та існування клітини як єдиного цілого.
2. Підтримує форму клітини.
3. Бере участь в обмінних процесах клітини
ІІІ. Органели (від грец. органон – орган, інструмент) – постійні клітинні структури Кожна з органел забезпечує відповідні процеси життєдіяльності клітини (живлення, рух, синтез певних сполук, зберігання і передачу спадкової інформації тощо). Одні органели обмежені однією мембраною – одномембранні органели (вакуолі, комплекс Гольджі, ендоплазматична сітка, лізосоми), інші – двома – двомембранні (хлоропласти, мітохондрії, ядро) або ж взагалі не мають мембранної оболонки – немембранні органели (клітинний центр, рибосоми, мікротрубочки, мікрофіламенти). Особливості будови тієї чи іншої органели тісно пов’язані з її функціями.
1. Ендоплазматична сітка (ендоплазматичний ретикулум).
Це система порожнин у вигляді мікроскопічних канальців та їхніх потовщень, що сполучаються між собою і оточені мембраною. Діаметр канальців перевищує 50 нм, їхні потовщення (в діаметрі до 1 000 нм і більше) називають цистернами.
Розрізняють два види ендоплазматичної сітки — гранулярну (зернисту, шорстку) та агранулярну. (незернисту, гладеньку). На мембранах гранулярної ендоплазматичної сітки розміщені рибосоми, які під час біосинтезу білка утворюють комплекси з ІРНК - полірибосоми (полісоми). Гладенька ендоплазматична сітка не має на своїх мембранах рибосом. Вона є похідною від шорсткої, тому їхні мембрани безпосередньо переходять одна в одну. Мембрани шорсткої ендоплазматичної сітки можуть сполучатися і з плазматичною мембраною.
Функції:
Зерниста ЕПС:
1. Формування зовнішньої оболонки ядра в період між двома поділами клітин
2. Біосинтез білків
3. Накопичення білків у порожнинах канальців, розподілення між різними ділянками клітин
4. Тут білки „дозрівають", набувають притаманної їм конфігурації у вигляді вторинної, третинної і четвертинної структур просторової структури і до них приєднуються небілкові частини
5. Бере участь у синтезі компонентів клітинних мембран
6. Утворення ферментів лізосом на рибосомах ЕПС
7. Утворення вакуолі рослинних клітин
Незерниста ЕПС:
8. Синтез ліпідів, вуглеводів, гормонів ліпідної природи, які накопичуються у її порожнинах
9. Процес обміну деяких полісахаридів (наприклад, глікогену)
10. Накопичення і знешкодження отруйних для організму сполук, які згодом виводяться з клітин (клітини печінки)
2. Комплекс Гольджі.
Основною структурною одиницею цієї органели є купка (від 5 до 20 і більше) плоских цистерн (мішечків), вкритих мембранами. Поряд з мішечками розміщені пухирці та канальці.
Функції:
1. Накопичення і зміна деяких сполук (наприклад, білки)
2. Синтез деяких полісахаридів, які можуть сполучатися з білками, що надійшли із зернистої ЕПС
3. Утворення фрагментів целюлозної клітинної стінки в рослинних клітинах, а в клітинах членистоногих – хітинової кутикули
4. Утворення лізосом
5. Приймає участь у побудування плазматичних мембран
6. Утворення акросоми – елемента сперматозоїда
7. Утворення скоротливих вакуолей прісноводних одноклітинних
3. Лізосоми.
Пухирці діаметром 100-800 нм, оточені мембраною. Вони містять різноманітні гідролітичні ферменти, здатні розщеплювати органічні сполуки (білки, ліпіди, вуглеводи, нуклеїнові кислоти) і забезпечують процеси внутрішньоклітинного травлення. В клітині містяться різні типи лізосом, які відрізняються за особливостями будови.
Первинні лізосоми формуються за участю комплексу Гольджі. Зливаючись із піноцитозними чи фагоцитозними пухирцями, вони утворюють вторинні лізосоми (травні вакуолі). Аутолізосоми — беруть участь у перетравлюванні окремих компонентів клітин, цілих клітин або їхніх груп.
Функції:
1. Процеси внутрішньоклітинного травлення
2. Знищення дефектних органел
3. Зникнення хвоста у пуголовків
4. Вакуолі.
Це порожнини в цитоплазмі, оточені мембраною та заповнені рідиною. У рослинних клітинах вакуолі переважно займають більше 30 % об'єму, а в окремих випадках навіть до 90 %. В клітинах еукаріот є різні типи вакуолей. Травні вакуолі серед тварин зустрічаються у представників одноклітинних. У цьому випадку травні вакуолі являються собою мембранні пухирці з їжею, в які виділяються травні ферменти. Поживні речовини всмоктуються клітиною, потім пухирець різко скорочується і неперетравлені залишки залишають клітину.
Функції:
1. підтримують тургорний тиск, сприяючи збереженню сталої форми клітин;
2. у них зберігаються розчинні запасні поживні речовини і накопичуються токсичні продукти обміну;
3. завдяки напівпроникності крізь мембрани вакуолей речовини з цитоплазми транспортуються в порожнину вакуолі, і навпаки.
Скоротливі вакуолі прісноводних одноклітинних тварин і водоростей утворюються з елементів комплексу Гольджі. Вони регулюють осмотичний тиск у клітині, беруть участь у виведенні з неї деяких розчинних продуктів обміну, а також сприяють надходженню в клітину води з киснем.
5. Рибосоми.
Це сферичні тільця діаметром близько 20 нм. Вони містять рРНК і білки, що взаємодіють між собою, утворюючи рибонуклеопротеїдні комплекси. Рибосоми складаються з двох субодиниць, різних за розмірами: великої та малої.
Формуються в ядрі. Розташовуються на поверхні ендоплазматичної сітки
Функції – синтез білка.
6. Клітинний центр.
Складається з двох і більше центріолей. Розташований поблизу ядра. Центріолі складаються з дев'яти триплетів мікротрубочок та мають вигляд порожнистого циліндра діаметром 0,3-0,5 мкм. Центріолі характерні для більшості тваринних клітин, однак часто відсутні в клітинах вищих рослин, деяких грибів, водоростей і найпростіших.
Функції остаточно не з'ясовані. Відомо, що за їхньою допомогою утворюються мікротрубочки цитоплазми, формуються веретено поділу, джгутики та війки.
7. Мікрофіламенти. Це тоненькі нитки (діаметр - 4-7 нм) зі скоротливих білків (актину, міозину), які пронизують цитоплазму.
Функції:
1. беруть участь у зміні форми клітини, наприклад, під час її руху, а також під час поділу тваринних клітин;
2. припускають, що взаємне ковзання мікрофіламентів генерує рух цитоплазми;
3. в посмугованих м'язових волокнах ділянки актину та міозину послідовно чергуються, чим зумовлена посмугованість цієї тканини.
8. Мікротрубочки. Порожнисті циліндричні структури діаметром 10-25 нм, що складаються переважно з білка тубуліну.
Функції:
1. беруть участь у формуванні веретена поділу еукаріотичних клітин;
2. беруть участь у внутрішньоклітинному транспорті речовин;
3. входять до складу війок, джгутиків, центріолей.
4. Мікротрубочки та мікрофіламенти утворюють цитоскелет, який виконує опорну функцію в клітині.
Мітохондрії (від грец. мітос – нитка та хондріон – зернятко) – це двомембранні органели, які містяться в усіх еукаріотичних клітинах (за винятком особливих внутрішньоклітинних паразитичних одноклітинних тварин – мікроспоридій):
1. мають форму округлих тілець, паличок, ниток (завдовжки від 0,5 мкм до 10 мкм і більше). Кількість мітохондрій у клітині різна: від 1 до і більше й залежить від її метаболічної активності;
2. поверхневий апарат мітохондрій складається з двох мембран – зовнішньої та внутрішньої, які відокремлені щілиною завширшки 10-20 нм. Внутрішня мембрана утворює вгини всередину мітохондрій, які мають вигляд трубчастих або гребінчастих утворів – крист. На поверхні внутрішньої мембрани, поверненій всередину мітохондрій, є грибоподібні утвори – АТФ-соми, у яких міститься комплекс ферментів, потрібних для синтезу АТФ;
3. внутрішній простір мітохондрій заповнений напіврідкою речовиною – матприксом. У ньому містяться молекули ДНК, іРНК, тРНК, мітохондріальні рибосоми, гранули з солей кальцію та магнію. В матриксі синтезуються білки, що входять до складу внутрішньої мембрани;
4. основна функція мітохондрій – синтез АТФ, який відбувається за рахунок енергії, що вивільняється при окисненні органічних сполук.
5. Мітохондрії до певної мірі є автономними органелами: вони мають власну ДНК (хоча частина мітохондріальних білків кодується ядерним геномом), білок-синтезуючий апарат, а також здатні до автономного розмноження.
Хлоропласти (від грец. хлорос — зелений) – пластиди, забарвлені в зелений колір завдяки пігменту хлорофілу. Основна функція хлоропластів – здійснення фотосинтезу. Хлоропластам властивий певний ступінь автономії: мають власну ДНК, власний білоксинтезуючий апарат, до складу якого входять рибосоми і всі види РНК.
Лейкопласти (від грец. лейкос - білий) – безбарвні пластиди різноманітної форми. Основна функція, яку виконують лейкопласти пов’язана з утворенням органічних запасних речовин.
Хромопласти (від грец. хрома - фарба, колір) – пластиди, забарвлені в різні кольори – жовтий, червоний тощо. Вони надають певного кольору пелюсткам, плодам, листкам.
Ядро складається з поверхневого апарату та внутрішнього середовища. Поверхневий апарат складається з двох мембран — зовнішньої та внутрішньої, між якими є простір (перинуклеарний простір) завширшки від 20 до 60 нм.
Ядерний матрикс — складається з ядерного соку (каріоплазми), ядерець, рибонуклеопротеїдних комплексів і ниток хроматину.
Каріоплазма – внутрішній вміст ядра, в який занурені ядерця, хроматин і різноманітні гранули.
Ядерця – це щільні структури, які складаються з рибонуклеопротеїдних фібрил (комплексів РНК з білками), внутрішньоядерцевого хроматину та гранул - попередників субодиниць рибосом.
Функції ядра
1. Ядро зберігає спадкову інформацію і передає її дочірнім клітинам під час поділу.
2. В ядрах за участю ядерець формуються рибосоми, які потім надходять у цитоплазму і беруть участь у біосинтезі білків;
3. регулює біохімічні, фізіологічні та морфологічні процеси є клітині.
Хромосоми – ядерні органели, в яких розміщені гени. Кожна хромосома складається з двох поздовжніх частин - хроматид Основу кожної з них складає дволанцюгова молекула ДНК, яка зв'язана з ядерними білками й утворює нуклеопротеїди. Крім того, до складу хромосом входять РНК і ферменти, потрібні для їхнього подвоєння або синтезу іРНК.
Обидві хроматиди сполучаються між собою в зоні первинної перетяжки, яка поділяє хромосому на ділянки — плечі.
Якщо перетяжка розташована посередині, і плечі мають однакові або майже однакові розміри, то хромосоми називають рівноплечовими, якщо ж розміри плечей істотно відмінні – нерівноплечовими. У ділянці первинної перетяжки розміщена центромера – пластинчастий утвір у вигляді диска. До неї приєднуються нитки веретена поділу. Деякі хромосоми мають ще й вторинні перетяжки (зони ядерцевого організатора), де знаходяться гени, що відповідають за утворення ядерець.
Кожна еукаріотична клітина має певний набір хромосом – каріотип. Особливості каріотипу особин того чи іншого виду залежать від кількості, розмірів та форми хромосом.
Хромосомний набір ядра буває гаплоїдним, диплоїдним або поліплоїдним. У гаплоїдному наборі (умовно позначається 1n, або просто n) всі хромосоми відрізняються між собою. В диплоїдному наборі (2n) кожна хромосома має собі пару, подібну за розмірами та формою. Хромосоми, що належать до однієї пари, називають гомологічними, а до різних – негомологічними. Виняток становлять лише статеві хромосоми, які можуть відрізнятися за будовою у різних статей. Тому їх називають гетерохромосомами, на відміну від нестатевих - аутосом.
