Страница 11 из 84
В одноклеточных и примитивных многоклеточных организмах (у человека — в клетках почек и печени) лизосомы осуществляют внутриклеточное пищеварение. Они подходят к фаго- или пиноцитозным пузырькам с пищей и сливаются с ними, образуя пищеварительную вакуоль. Вещества, полученные в результате переваривания пищевой частицы, выходят через мембрану лизосом в цитоплазму и используются клеткой в различных процессах жизнедеятельности. Ферменты для лизосом синтезируются рибосомами на шероховатой ЭПС.
В случае недостатка пищи лизосомы способны переваривать другие органеллы самой клетки, наименее важные для ее жизни. Каким образом лизосомы распознают органеллы, подлежащие разрушению, остается загадкой. Более того, лизосомы способны переваривать целые группы клеток организма. Примером их деятельности служит утрата хвоста у головастика (продукты распада используются для формирования других органов), замена хрящевой ткани на костную в процессе роста. Покровные ткани состоят из отмирающих клеток с лизированными ядром и цитоплазмой (разрушенными лизосомами).
Лизосомы обеспечивают клетку простыми органическими соединениями и устраняют разрушившиеся компоненты — словом, активно участвуют во внутриклеточной регенерации. Лизосомы выполняют еще и защитную функцию, разрушая попавшие в клетку чужеродные микроорганизмы и макромолекулы.
Обратим внимание на взаимодействие частей клетки. Из структур аппарата Гольджи формируются лизосомы. Образуемые ими продукты расщепления являются материалом для синтеза соединений, составляющих все органеллы. Жиры и полисахариды синтезируются ферментными комплексами гладкой ЭПС, белки — рибосомами цитозоля и шероховатой ЭПС. Аппарат Гольджи накапливает синтезируемые соединения и по мере необходимости поставляет их органеллам, возобновляет мембраны и гликокаликс. В клетках растений часть полезных соединений синтезируются и накапливаются пластидами. Все эти процессы обеспечиваются энергией молекул АТФ, синтезируемых в митохондриях (и хлоропластах растений).
Клетка представляет собой единую систему, в которой тесно взаимосвязаны наружная плазматическая мембрана, эндоплазма-тическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы и другие органеллы.
Клеточный центр. Эта немембранная органелла располагается в уплотненном участке цитоплазмы вблизи ядра. Она состоит из двух цилиндриков длиной не более 1 мкм, называемых центриолями и расположенных перпендикулярно друг к другу. Центриоли состоят из 9 пучков, в каждом — по 3 микротрубочки. Они играют важную роль в процессе деления клеток животных и низших растений: с них начинается рост веретена деления. Клеточный центр — самовоспроизводящаяся органелла, перед делением клетки количество центриолей удваивается.
При разрушении центриолей клетка теряет способность к делению.
Клеточный центр
Клеточный центр играет ключевую роль в формировании микротрубочек цитоскелета. Другая функция центриолей — участие в образовании жгутиков и ресничек. В клетках высших растений центриолей нет, и на поверхности их клеток жгутики и реснички отсутствуют. Центриоли входят в состав клеток животных, водорослей, некоторых грибов.
Органеллы движения. Клетки организмов находятся в постоянном движении. Перемещаются и сами клетки, и органеллы внутри них. Лимфоциты многоклеточных, амебы перемещаются с помощью ложноножек — выростов, образующихся на поверхности клетки посредством актомиозиновых фибрилл цитоскелета. С помощью сокращений актомиозиновых фибрилл (нитей мышечных клеток) передвигаются многоклеточные животные и человек. В актомиозиновых фибриллах нити белков миозина и актина расположены параллельно оси мышц. При поступлении ионов кальция происходит скольжение нитей во встречных направлениях: длина миофибрилл изменяется, сами актиновые и миозиновые нити при этом не укорачиваются (подобно тому при встречном движении поездов по соседним путям сокращается расстояние между хвостовыми вагонами).
Передвижение многих одноклеточных — инфузории-туфельки, жгутиконосца, эвглены зеленой — осуществляется посредством ресничек и жгутиков. Реснички и жгутики существенно различаются лишь по длине. При толщине около 0,25 мкм реснички имеют длину до 10 мкм, а жгутики — до 200 мкм. Они находятся внутри выростов плазмалеммы, не имеют собственной мембраны и поэтому относятся к немембранным органеллам.
Реснички и жгутики формируются на основе центриолей и имеют сходное с ними строение: содержат пучки микротрубочек. Колебания ресничек и жгутиков обусловлены взаимным скольжением микротрубочек. Согласованные мерцания ресничек вызывают перемещение клетки, а если клетка закреплена — создают поток жидкости вдоль ее поверхности. Жгутики способны совершать волнообразные или вращательные движения. Слизистая оболочка позвоночных и человека (например, трахеи) покрыта множеством ресничек (до 1 000 000 000/см2). Они создают ток слизи, выводящий из организма твердые частицы, отмирающие клетки, вирусы и бактерии. Нарушение этого механизма у человека приводит к воспалению дыхательных путей и среднего уха.
Вакуоли (<греч. vacuus пустой) растений— ограниченные мембраной полости в цитоплазме. Они содержат растворы питательных веществ, солей и т. д. Яркая окраска лепестков фиалки, герани и примулы вызвана накоплением пигментов в вакуолях их клеток. Другие растения накапливают в вакуолях горькие
Строение жгутиков и ресничек
и ядовитые вещества, защищающие их от поедания хищниками. На долю вакуолей растительной клетки может приходиться до 95 % ее объема, животной (секреторные, пищеварительные) — не более 5 %.
Включения — отложения веществ, временно выведенных из обмена, или его конечных продуктов. Включения относят к непостоянным структурам клетки. Это могут быть капли жира, гранулы крахмала, гликогена или секреторные гранулы, отходы жизнедеятельности.
Компоненты животной клетки по занимаемому объему можно расположить в следующем порядке:
цитозоль 55 % гладкая ЭПС + АГ 7 %
митохондрии 22 % ядро 6 %
шероховатая ЭПС 9 % лизосомы 1 %
1. Каково строение, функции лизосом, аппарата Гольджи?
2. Разъясните взаимодействие клеточных органелл.
3. Каковы функции клеточного центра?
4. Чем обусловлена яркость цветка фиалки?
§ 11. Ядро
Ядро играет важнейшую роль в жизнедеятельности клетки. В эукариотической клетке ядро отделено от цитоплазмы, имеет овальную форму и размер от 1 мкм (у некоторых простейших) до 1 мм (в яйцеклетках ряда рыб и земноводных). Обычное расположение ядра — в центре клетки. В растительных клетках крупные вакуоли оттесняют ядро на периферию.
Большинство клеток высших растений одноядерные. Часть клеток печени, мышц, костного мозга, а также клеток грибов содержат несколько ядер. В клетках низших растений и простейших количество ядер может достигать нескольких десятков.
В ядре находятся хромосомы, содержащие молекулы ДНК, поэтому оно выполняет важнейшие функции. В клеточном ядре хранится генетическая информация всего организма. Здесь она воспроизводится путем репликации ДНК. В соответствии с наследственной информацией происходят все обменные процессы: синтез и расщепление соединений, поглощение и выделение солей и т. д. Ядро, таким образом, реализуя наследственную информацию, определяет внутриклеточный обмен веществ.
Ядро покрыто оболочкой, состоящей из двух мембран. Внутренняя мембрана гладкая, а внешняя — шероховатая от множества покрывающих ее рибосом. В местах слияния мембран образованы поры диаметром 90—120 нм. В этих порах специальные молекулярные структуры образуют поровые комплексы, регулирующие проникновение белков, нуклеиновых кислот из ядра в цитоплазму и обратно.
Внешняя мембрана ядра соединяется с ЭПС, образуя единую мембранную систему клетки.
Микрофотография ядра
Ядерная оболочка изолирует содержимое ядра и предохраняет ДНК от разрушительных для нее ферментов цитоплазмы, а также от перемещений жесткого цитоскелета. Цитоплазма клетки находится в постоянном движении.
Форму ядра поддерживает кариоскелет, состоящий из тонких белковых фибрилл. Кариоскелет обеспечивает определенное расположение ДНК в ядре, предохраняя длинные цепи ДНК от спутывания. В желеобразной кариоплазме, заполняющей ядро, расположены разнообразные белки, нуклеотиды, ионы. В кариоплазме находятся ядрышки и хромосомы.
В состав хромосом кроме ДНК входят белки-гистоны, отвечающие за упаковку ДНК, а также белки, обеспечивающие функционирование хромосом, в том числе белки репарации, устраняющие нарушения в ДНК. Весь этот нуклеопротеиновый комплекс называют хроматином. В период между делениями хроматин деспирализован. Во время клеточного деления хромосомы скручиваются в плотные спирали, укорачиваются в тысячи раз и становятся заметными в световой микроскоп.